Диссоциация воды. Водородный показатель рН

Вода  слабый электролит, по упрощенной схеме ее диссоциацию можно представить следующим уравнением:

Н₂О  Н⁺ + ОН^

В условиях равновесия константа диссоциации воды

К_д,с=

Поскольку степень диссоциации воды очень мала, то концентрацию недиссоциированных молекул можно принять равной молярной концентрации жидкой воды. Поэтому при Т=const

[H⁺][OH^] = K_д,с[H₂O] =const.

Произведение концентраций ионов [H⁺] и [ОН^] называется ионным произведением воды и является постоянной величиной при неизменной температуре и при 298К составляет:

[H⁺][ОН^] = K(H₂O) = K_В = K_w = 10^–14 . (5)

Ионное произведение воды К_w увеличивается с ростом температуры, так как диссоциация воды –эндотермический процесс. (K_W(100⁰C) = 610^-13)

Для указания концентрации ионов водорода в растворе используют так называемый водородный показатель:

pH = –lg[H⁺], (6)

а для обозначения концентрации гидроксид-ионов  гидроксидный показатель:

pOH = –lg[ОН^] . (7)

При температуре 298 К

рН + рОН = 14, (8)

поэтому в чистой воде [H⁺] = [ОН^] = 110^–7 моль/л, следовательно,

рН = рОН = 7;

в кислотной среде [H⁺] > [ОН^], следовательно, рН < 7, а рОН > 7;

в щелочных растворах [H⁺] < [ОН^], поэтому рН > 7, а рОН < 7.

В случае растворов сильных электролитов вместо концентрации пользуются активностью. Поэтому при необходимости более точных расчетов в таких растворах следует вычислять не рН, а ра(Н⁺):

ра(Н⁺) = –lga(H⁺) = рН – lg  (Н⁺).

Произведение растворимости

Понятие произведения растворимости связано с насыщенными растворами малорастворимых сильных электролитов, как правило, солей. Большинство труднорастворимых электролитов в очень разбавленных растворах диссоциируют полностью, т.е. их можно рассматривать как сильные электролиты. Поэтому все приведенные ниже рассуждения относятся не только к растворам солей, но и к растворам оснований, таких как Al(OH)₃, Fe(OH)₃, Cu(OH)₂ и др.

В случае низкой растворимости электролита образуется крайне разбавленный раствор, который близок к идеальному раствору и можно использовать концентрационную константу равновесия: К_с = .

Концентрация твердой фазы [К_mА_n(т)]=const, отсюда:

К_с[К_mА_{n (т)}] = []^m[]ⁿ = ПР = const. (9)

При постоянной температуре в насыщенном растворе произведение концентраций (или активностей) ионов, на которые диссоциирует электролит, с учетом показателей степеней, соответствующих стехиометрическим коэффициентам, есть величина постоянная. Она называется произведением растворимости (ПР) малорастворимого сильного электролита.

Чем меньше значение ПР, тем хуже растворяется соединение. При внесении в раствор избытка ионов или , изменятся концентрации ионов в растворе (сдвиг равновесия диссоциации влево по принципу Ле Шателье). Величина ПР останется постоянной при неизменной температуре, но выпадет дополнительное количество осадка

Условием образования осадка является превышение величины произведения концентраций ионов над величиной произведения растворимости:

С^m()Сⁿ() > ПР

Когда в растворе мала концентрация ионов, то C^m()Cⁿ() < ПР, и электролит будет растворяться до тех пор, пока произведение концентраций ионов не сравняется со значением ПР.