Ионное произведение воды

Вода является очень слабым электролитом, диссоциирующим по уравнению Н₂О «Н⁺+ ОН^-.

Константа диссоциации воды при 22^О С равна:

Kд = = 1,8 × 10^-16.

Доля молекул воды, диссоциированных на ионы, настолько мала, что концентрацию недиссоциированных молекул можно считать постоянной и равной числу молей воды в литре, т.е.

[H₂O] = = 55,56 моль / л.

(Напомним, что молярная масса воды равна18 г/моль.)

Подставив это значение в выражение константы диссоциации и перенеся его в правую часть, получим

[H⁺] × [OH^-] = 1,8 × 10^-16 × 55,56 = 10^-14.

Эта постоянная величина называется ионным произведениемводы (К_Н2О); она не зависит от присутствия в воде других ионов (но зависит от температуры). Всякий водный раствор, как и чистая вода, содержит ионы Н⁺и ОН^-и ни в каком случае [H⁺] или [OH^-] не могут быть равны нулю, так как при этом их произведение должно обратиться в нуль.

При растворении в воде какой-либо кислоты концентрация катионов водорода [H⁺] увеличивается, а концентрация [OH^-] должна понизиться, и наоборот. Величина ионного произведения при этом постоянная [H⁺] × [OH^-] = 10^-14.

При диссоциации чистой воды [H⁺] = [OH^-] = = 1 × 10^-7моль / л.

В кислой среде [H⁺] > [OH^-], [H⁺] > 1^. 10^-7 моль/л и соответственно [OH^-] < 1^. 10^-7 моль/л. Например, при [HCl] = 0,1 моль/л рН = 1.

В щелочной среде [H⁺] < [OH^-], [H⁺] < 1^. 10^-7 моль/л и соответственно [OH^-] > 1^. 10^-7 моль/л. Например, при [KOH] = 0,1 моль/л рН = 13.

2.9. Водородный показатель среды (рН)

Воспользовавшись одной из величин [H⁺] или [OH^-], можно количественно охарактеризовать кислотные и щелочные свойства растворов. Обычно для этого используют концентрацию катионов водорода [Н⁺], но эта величина выражается дробными и часто очень малыми числами, которыми неудобно оперировать. Поэтому для количественной характеристики кислотности или щелочности раствора пользуются особой величиной, называемой водородным показателем рН:

pH = - lg [H+].

Тогда для нейтральной среды рН = 7, для кислотной среды pH < 7, для щелочной среды рН > 7.

В табл. 2.1. показана взаимосвязь концентраций ионов Н⁺, ОН^-и рН в кислых и щелочных растворах.

Таблица 2.1

Водородный показатель растворов

Концентра- ция ионов	Усиление щелочных свойств -------------------------	Нейтраль-ная среда	Усиление кислотных свойств ---------------------®
[OH^-]	1(10^O) 10^-2 10^-4 10^-6	10^-7	10^-8 10^-10 10^-12 10^-14
[H^+]	10^-14 10^-12 10^-10 10^-8	10^-7	10^-6 10^-4 10^-2 10^O
рH	14 12 10 8		6 4 2 0

Простым методом оценки величины рН является метод, основанный на применении индикаторов - веществ, изменяющих свою окраску в зависимости от концентрации ионов Н⁺, т.е. величины рН раствора.

Изменение окраски каждого индикатора наблюдается только в некоторых пределах значений рН (табл.2.2).

Интервал значений рН, в котором окраска индикатора изменяется в соответствии с изменением рН, называется областью перехода или интервалом индикатора.

Таблица 2.2

Важнейшие индикаторы

Название индикатора	Цвет при значении рН ниже интервала индикатора	Интервал индикатора рН	Цвет при значении рН выше интервала индикатора
Метилоранж	красный	3,2 - 4,4	желтый
Метилрот	красный	4,2 - 6,2	желтый
Лакмус	красный	5,0 - 8,0	синий
Фенолрот	желтый	6,8 - 8,2	красный
Фенолфталеин	бесцветный	8,2 - 10,0	малиновый

На практике определение рН сводится к тому, что к исследуемому раствору добавляется индикатор и полученная окраска раствора сравнивается с окраской эталонных растворов серии, содержащей тот же индикатор или с эталонами цветной шкалы, где указан рН для каждого эталона. Вместо раствора индикатора часто применяют пропитанные им полоски фильтровальной бумаги. Эти полоски смачивают раствором, рН которого необходимо определить, и сравнивают образующуюся окраску со шкалой.

Приведем несколько примеров вычисления рН по концентрации ионов водорода и, наоборот, расчета концентрации ионов водорода по известному значению рН.

В разбавленных растворах сильных кислот и оснований типа НCl, HNO₃, KOH, NaOH молярная концентрация ионов водорода и гидроксил-ионов совпадает с молярной концентрацией кислоты или основания. Поэтому в 0,001М растворе НCl концентрация ионов водорода [H⁺]=0,001 моль/л и рН = - lg0,001 = 3. В 0,001М растворе КОН концентрация гидроксил-ионов равна [OH^-] = 0,001 моль/л, значит, [H⁺]= моль/л и рН = -lg 10^-11= 11.

Дата добавления: 2015-07-10