FTF 4 semestr / 27

Ионное произведение воды. Водородный показатель (рН)

Вода является слабым электролитом и  диссоциирует  по  уравнению:   H₂O ó H⁺ + OH^-. Выражение для константы диссоциации  имеет вид:    

К_дис = [H⁺]_рав [OH^-]_рав/[H₂O ]_рав. =1,8 10^-16                                                                                    

Значение К_дис  воды определили экспериментально по измерению удельной электропроводности  при Т = 25^оС.   Чистая вода практически не проводит электрический ток, т.е. ά_дис(H₂O) << 1,  поэтому  можно принять, что

 [H₂O ]_рав = [H₂O]_нач.  Рассчитаем молярную концентрацию чистой воды, зная, что 1л воды  весит 1 кг (ρ =1кг/л):

С_м(H₂O) =    m (H₂O) / M (H₂O) _* V (H₂O) =   1000 г/ 18 г/моль_* 1 л = 55,6 моль/ л.             

Подставим полученное значение С_м(H₂O) в уравнение для К_рав::

К_{рав *} 55,6  = К_w   = [H⁺] [OH^-] = 10^-14 , где К_w  – ионное произведение воды.

В чистой воде   [H⁺] [OH^-] = 1 10^-14 , тогда  [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 моль/л_.

В водных растворах кислот   [H⁺] > [OH^-]  или  [H⁺] > 7 моль/л, среда кислая.

В  водных растворах щелочей и оснований [H⁺] < [OH^-], [H⁺] < 7 моль/л, среда основная или щелочная.

При растворении в воде любых по природе веществ остается неизменным  -  [H⁺] [OH^-] = 1 10^-14  .

Для удобства выражения реакции среды водных растворов был введен специальный термин, который назвали водородным показателем (рН).  рН – отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода:    

рН = - lg [H⁺].

Иногда пользуются также показателем  рОН – отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации ионов гидроксила.                                                     рОН = - lg [ОH^-]

                                                В нейтральной среде     рН = 7 ;        рОН = 7,    рН  + рОН = 14

                                                В кислой среде              рН < 7  ;        рОН < 7,    рН  + рОН = 14

                                                В щелочной среде         pH > 7  ;        рОН < 7,    рН  + рОН = 14

Произведение растворимости (ПР, K_sp) — произведение концентраций ионов малорастворимого электролита в его насыщенном растворе при постоянной температуре и давлении. Произведение растворимости — величина постоянная.

При постоянной температуре в насыщенных водных растворах малорастворимых электролитов устанавливается равновесие между твердым веществом и ионами, образующими это вещество. Например, в случае для CaCO₃ это равновесие можно записать в виде:

Константа этого равновесия рассчитывается по уравнению:

В приближении идеального раствора с учётом того, что активность чистого компонента равна единице, уравнение упрощается до выражения:

Константа равновесия такого процесса называется произведением растворимости.

В общем виде, произведение растворимости для вещества с формулой A_mB_n, которое диссоциирует на m катионов Aⁿ⁺ и n анионов B^m-, рассчитывается по уравнению:

где [Aⁿ⁺] и [B^m-] — равновесные молярные концентрации ионов, образующихся при электролитической диссоциации.