44. Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. РН раствора.

Электролитическая диссоциация – это распад молекул на заряженные частицы называемые ионами. При распаде одной молекулы воды образуется два иона; катион (положительно заряженный ион) водорода и анион (отрицательно заряженный ион) гидроксид:

H₂O = H⁺ + OH⁻

Данный процесс является обратимым, т. е. протекает как в прямом, так и в обратном направлениях. В результате этого обратимого процесса устанавливается равновесное состояние. При равновесии число молекул, распадающихся на ионы, равно числу молекул, образующихся из ионов.

Вещества, распадающиеся на ионы, называются электролитами. К ним относится вода. Распаду на ионы подвергается лишь небольшая часть молекул воды (этот электролит является слабым в отличие от сильных, у которых практически все молекулы распадаются на ионы). При температуре 22^oС из 556 млн. молекул воды лишь одна находится в диссоциированном состоянии. Однако, учитывая малые размеры молекул и ионов, можно легко рассчитать, что в одном кубическом миллиметре воды содержится около 60 млрд. ионов H⁺ и столько же ионов ОН⁻. Это уже внушительное число. В связи с этим процесс диссоциации воды имеет важное значение в гидрохимических процессах.

Установлено, что в воде, а также в водных растворах различных веществ, произведение концентрации ионов водорода (H⁺) (в моль/л) и концентрации гидроксид-ионов (ОН⁻) есть величина постоянная - K_E и называется ионным произведением воды: 

                                                         KE = c(H+) • c(ОН−)                                                                          (6)

Значение К_E зависит от температуры. При температуре 22^оС К_E = 10^{− 14}. При переходе от чистой воды к водным растворам (в том числе и к аквариумной воде) значение К_E сохраняется. Если при растворении в воде каких—либо веществ увеличивается концентрация ионов водорода c(H⁺), то концентрация гидроксид-ионов c(ОН⁻) уменьшается до такого значения, чтобы произведение оставалось постоянным.

Водородный показатель (рН) величина, характеризующая актив­ность или концентрацию ионов водорода в растворах. Водородный показатель обозначается рН. Величина рН впервые была введена датским химиком С. Серенсоном.  Буква “р” - начальная от датского слова potenz (степень), “Н” - символ водорода.

Водородный показатель численно равен отрицательному десятичному  логарифму активности или концентрации ионов водорода, выраженной в молях на литр: pH=-lg[ H⁺ ] В воде концентрация ионов водорода определяется электролитической диссоциацией воды по уравнению H₂O=H⁺+OH^- Константа диссоциации при 22° С составляет Пренебрегая незначительной долей распавшихся молекул, можно концентрацию недиссоциированной части воды принять равной обшей концентрации воды, которая составляет: С[H₂O ]=1000/18=55,55моль/л. Тогда: 

C[ H⁺ ] ·C[ OH^- ]=K·C[H₂O]=1,8·10-16·55,55=10^-14 Для воды и ее растворов произведение концентраций ионов Н+ и ОН- величина постоянная при данной температуре. Она называется ионным произведением воды К_В и при 25° С составляет 10^-14. Постоянство ионного произведения воды дает возможность вычислить концентрацию ионов H⁺если известна концентрация ионов OH^- и наоборот:    . Понятия кислая, нейтральная и щелочная среда приобретают количественный смысл. В случае, если [ H⁺ ] =[ OH^- ]эти  концентрации (каждая из них) равны  моль/л, т.е [ H⁺ ] =[ OH^- ]=10^-7моль/л и среда нейтральная, в этих растворах pH=-lg[ H⁺ ]=7 и  рОН=-lg[ OH-]=7 Если [ H⁺ ]>10^-7моль/л, [ OH-]<10^-7моль/л -среда кислая; рН<7. Если [ H⁺ ]<10^-7 моль/л, [ OH-]>10^-7моль/л  -среда щелочная; рН>7. В любом водном растворе рН + рОН =14, где рОН=-lg[ OH-]  Величина рН имеет большое значение для биохимических процес­сов, для различных производственных процессов, при изучении свойств природных вод и возможности их применения и т.д.