2. Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды.
Водородный показатель pH.
*Ионное произведение воды́ — произведение концентраций ионов водорода Н+ и ионов гидроксила OH− в воде или в водных растворах, показатель уровня кислотности раствора.
Вывод значения ионного произведения воды
Вода, хотя и является слабым электролитом, в небольшой степени диссоциирует:
H2O + H2O ↔ H3O+ + OH−
или
H2O ↔ H+ + OH−
Равновесие этой реакции сильно смещено влево. Константу диссоциации воды можно вычислить по формуле:
|
(1) |
,где:
[H+] — концентрация ионов гидроксония (протонов);
[OH−] — концентрация гидроксид-ионов;
[H2O] — концентрация воды (в молекулярной форме) в воде;
Концентрация воды в воде, учитывая её малую степень диссоциации, величина практически постоянная и составляет (1000 г/л)/(18 г/моль) = 55,56 моль/л.
При 22 °C константа диссоциации воды равна 1,8·10−16моль/л. Уравнение (1) можно переписать как:
|
(2) |
,Обозначим произведение K·[H2O] = Kв = 1,8·10−16 моль/л·55,56 моль/л = 10−14моль²/л² = [H+]·[OH−] (при 22 °C).
*Константа Kв, равная произведению концентраций протонов и гидроксид-ионов, называется ионным произведением воды. Она является постоянной не только для чистой воды, но также и для разбавленных водных растворов веществ. C повышением температуры диссоциация воды увеличивается, следовательно, растёт и Kв, при понижении температуры — наоборот.
Практическое значение ионного произведения воды
Практическое значение ионного произведения воды велико, так как оно позволяет при известной кислотности (щёлочности) любого раствора (то есть при известной концентрации [H+] и [OH−]) найти соответственно концентрации [OH−] и [H+]. Хотя в большинстве случаев для удобства представления пользуются не абсолютными значениями концентраций, а взятыми с обратными знаком их десятичными логарифмами — соответственно, водородным показателем (pH) и гидроксильным показателем (pOH).
Так как Kв
— константа, при добавлении к раствору
кислоты (ионов H+),
концентрация гидроксид-ионов OH−
будет падать и наоборот. В нейтральной
среде [H+]
= [OH−]
=
моль/л.
При концентрации [H+]
> 10−7
моль/л (соответственно, концентрации
[OH−]
< 10−7
моль/л) среда будет кислой;
При концентрации [OH−]
> 10−7
моль/л (соответственно, концентрации
[H+]
< 10−7
моль/л) — щелочной.
*Водородный показатель, pH (произносится «пэ аш»), — это мера активности (в случае разбавленных растворов совпадает с концентрацией) ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов, выраженной в молях на литр:
pH>7 – щелочная среда
pH<7 – кислая среда
pH=7 – нейтральная среда
Роль pH в химии и биологии
Кислотность среды имеет важное значение для множества химических процессов, и возможность протекания или результат той или иной реакции часто зависит от pH среды. Для поддержания определённого значения pH в реакционной системе при проведении лабораторных исследований или на производстве применяют буферные растворы, которые позволяют сохранять практически постоянное значение pH при разбавлении или при добавлении в раствор небольших количеств кислоты или щёлочи.
Водородный показатель pH широко используется для характеристики кислотно-основных свойств различных биологических сред.