12) Диссоциация воды. Константа диссоциации. Ионное произведение воды. Водородный и гидроксильный показатели.

Одним из важнейших растворителей является вода. Являясь слабым электролитом, вода в незначительной степени диссоциирует на ионы:

H₂O H⁺ + OH^-.

В чистой воде концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов равны:

[H⁺]=[OH^-].

Измерения электропроводности чистой воды показали, что при 22 °С степень ее ионизации a = 1,8.10-9. Так как в 1 литре воды содержится

1000/M(H₂O) = 1000/18 = 55,55 моль,

то концентрация ионов будет равна

[H+] = [OH-] = 1,8.10-9.55,54 = 10-7 моль/л,

а произведение равновесных концентраций:

[H+][OH-] = 10-14 = Kw.

При данной температуре величина Kw является постоянной и называется ионным произведением воды. Постоянство величины Kw позволяет утверждать, что при увеличении в растворе концентрации ионов водорода H+ (растворение кислоты) происходит уменьшение концентрации гидроксид-ионов, и наоборот.

Если [H+]=[OH-]=10-7 моль/л, то среда раствор нейтральная;

если [H+]>10-7 моль/л, то раствор кислый;

если [OH-]>10-7 моль/л, то раствор щелочной.

Ионное произведение воды — произведение концентраций ионов водорода Н+ и ионов гидроксила OH− в воде или в водных растворах, показатель уровня кислотности раствора.

Водородный показатель pH – величина, характеризующая концентрацию ионов водорода и кислотность среды. pH – это отрицательный логарифм концентрации ионов водорода: pH=-lg[H+].

Гидроксидный показатель pOH – величина, характеризующая концентрацию гидроксид-ионов и щелочность среды. pOH – это отрицательный логарифм концентрации гидроксид-ионов

pOH=-lg[OH-]. pOH + pH = 14.

Ионное произведение воды. Вода является слабым электролитом и диссоциирует по схеме:

2Н₂О ↔ Н₃О⁺ + ОН^-

Ионы Н+ в воде и водных растворах практически отсутствуют, т.к. равновесие реакции

Н₂О + Н+ ↔ Н₃О⁺

полностью смещено влево, обычно реакцию диссоциации воды записывают упрощенно

Н₂О ↔ Н⁺ + ОН^-

Константу диссоциации воды можно записать:

В чистой воде концентрации ионов водорода и гидроксида очень малы и вместо активностей можно использовать аналитические концентрации. Диссоциация практически не влияет на концентрацию воды, поэтому

Эта величина носит название ионное произведение воды. При 295 К (22оС) ионное произведение равно точно 10-14.

Диссоциация воды протекает с поглощением тепла, поэтому при повышении температуры КW возрастает Из ур-ния (7.31) следует, что в чистой воде концентрации ионов водорода и гидроксила равны и составляют при 295 К

Такой раствор называют нейтральным. Если то раствор будет кислым, а если то раствор щелочной.

Для характеристики кислотности среды обычно используют вместо концентрации водородный показатель (рН) – отрицательный десятичный логарифм активности (концентрации) ионов водород:

При 295 К в нейтральной среде рН=7, в кислой – рН<7, в щелочной - pH>7.

Несколько реже используют гидроксидный покадатель (рОН) отрицательный десятичный логарифм активности (концентрации) ионов гидроксила:

При 295 К в нейтральной среде рОН=7, в кислой – pОH>7, в щелочной - рОН<7.

рН+рОН=14.

Величина рН может контролироваться с помощью приборов (рН-метров) или посредством специальных реактивов, называемых индикаторами. Окраска индикаторов изменяется в зависимости от концентрации ионов водорода. Кислотно-основные индикаторы представляют собой слабые органические кислоты (HInd) или основания (IndOH), диссоциирующие по схемам:

HInd↔H⁺ + Ind^-

IndOH↔Ind⁺ + OH^-

Молекулярная и ионная формы индикаторов имеют разные окраски. При избытке ионов водорода HInd находится преимущественно в молекулярной форме, а IndOH – в ионной, а при избытке ионов гидроксила, наоборот - HInd находится преимущественно в ионной форме, а IndOH –в молекулярной.

Изменение окраски индикатора происходит в некотором интервале рН, называемом интервал перехода индикатора, определяемом величиной рК_Hind.