3. Диссоциация воды. Водородный и гидроксильный показатели

Вода – очень слабый электролит – в незначительной степени диссоциирует, образуя ионы: H₂O + H₂O H₃O⁺ + OH^–,

или упрощенно: H₂O H⁺ + OH^–

Этому процессу соответствует константа диссоциации:

K_дис.=([H⁺]∙[OH^–])/[H₂O]

Поскольку степень диссоциации воды очень мала, то равновесная концентрация недиссоциированных молекул воды [H₂O] с достаточной точностью равна общей концентрации воды, т.е. 1000/18=55,55 моль/л. В разбавленных водных растворах концентрация воды мало изменяется, ее можно считать постоянной величиной. Тогда выражение для константы диссоциации воды можно преобразовать следующим образом:

Константа , равная произведению молярных концентраций ионов H⁺ и OH^- , представляет собой постоянную при данной температуре величину и называется ионным произведением воды.

В чистой воде концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов одинаковы и при 25^оС составляют

Растворы, в которых молярные концентрации [H⁺] и [OH^–] равны, называют нейтральными. Значения водородного (pH=-lg[H⁺]) и гидроксильного (pOH=-lg[OH^-]) показателей в нейтральных растворах совпадают: при 25^оС pH=pOH=7. Растворы, в которых молярные концентрации [H⁺]<[OH^–], называются основными (щелочными); водородный показатель в них больше 7 (рН>7). Растворы, в которых молярные концентрации [H⁺]>[OH^–], называются кислотными, водородный показатель в них меньше 7 (рН<7). Для растворов выполняется равенство: ; при 25^оС:

Соотношение значений рН и значений [H⁺] и [OH^–] приведено ниже:

[H+], моль/дм-3	1	10-1	10-2	10-3	10-4	10-5	10-6	10-7	10-8	10-9	10-10	10-11	10-12	10-13	10-14
[OH–], моль/дм-3	10-14	10-13	10-12	10-11	10-10	10-9	10-8	10-7	10-6	10-5	10-4	10-3	10-2	10-1	1
рН=–lg[H+] среда	0 1 2			3 4 5 6 7					8 9 10 11 12					13 14
	←——————→ ←—————–→ ↑ ←——→ ←–————————→ Сильно Слабо Слабо Сильно кислотная кислотная Нейтральная щелочная щелочная

Кислотность раствора в лаборатории определяют по окраске рН-индикаторов.

рН Индикатор	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Метиловый оранжевый	Красный			Изме- нение	Желтый
Метиловый красный	Красный				Изме- нение		Желтый
Лакмус	Красный					Изме- нение		Голубой
Фенолфталеин	Бесцветный								Изме- нение	Красный
Универсальный	Красный			Оранжевый.	Желтый	Зеленый		Голубой.	Фиолетовый

Рис. 2. Изменение значений рН и окраски некоторых индикаторов