Ионное произведение воды, водородный показатель

Вода – слабый, амфотерный электролит. Уравнение диссоциации воды:

Н₂О <=> Н ⁺ + ОН ^-

Из этого уравнения следует, что концентрация ионов водорода Н ⁺ и гидроксид- ионов ОН ^- в воде одинаковы. Установлено, что при 25^оС: [Н ⁺] = [ОН ^-] = 10^-7моль/л.

Произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов называется ионным произведением воды и обозначается К(Н₂О).

К(Н₂О) – величина постоянная и при 25^оС равная

К(Н₂О) = [Н ⁺] · [ОН ^-] = 10^-7 ·10^-7 = 10^-14.

В разбавленных водных растворах электролитов, как и в воде, произведение концентрации ионов [Н ⁺] и ионов [ОН ^-] при данной температуре – величина постоянная.

Ионное произведение воды даёт возможность вычислить концентрацию ионов [Н⁺], если известна концентрация ионов [ОН ^-] (и наоборот) в любом водном растворе.

Среду любого водного раствора характеризуют концентрацией ионов [Н ⁺] или концентрацией ионов [ОН ^-]. По соотношению концентраций этих ионов различают три типа сред: нейтральную, кислую и щелочную.

Нейтральная среда – это среда, в которой концентрации ионов [Н ⁺] и [ОН^-] одинаковы: [Н ⁺] = [ОН^-] = 10^-7 моль/л.

Кислая среда – это среда, в которой концентрация ионов [Н⁺] больше концентрации ионов [ОН^-]: [Н⁺] > [ОН^-], [Н⁺] > 10 ^–7 моль/л.

Щелочная среда – это среда, в которой концентрация ионов [Н ⁺] меньше концентрации ионов [ОН^-]: [Н⁺] < [ОН^-], [Н⁺] < 10 ^–7 моль/л.

Для характеристикисред водных растворов пользуются не величиной концентрации ионов водорода или гидроксид-ионов, а так называемым водородным показателем рН,который численно равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода в этом растворе:

рН = - lg [Н ⁺] (7.21)

· если концентрация ионов [Н ⁺] = 10^-4 моль/л, то рН = - lg 10^-4 = 4 и среда раствора кислая;

· если концентрация ионов [ОН ^-] = 10^-4 моль/л, то [Н ⁺]= = К(Н₂О) / [ОН^-] = = 10^-14 / 10^-4 = 10^-10, а рН = - lg 10^-10 = 10 и среда раствора щелочная.

Водные растворы имеют значение рН в интервале от 0 до 14.

Среда раствора будет

- кислая, если [Н⁺] > 10 ^–7, а рН < 7 и, чем меньше значение рН, тем больше кислотность раствора;

- нейтральная,если [Н⁺] = [ОН^-] = 10^-7, а рН = 7;

- щелочная,если [Н⁺]< 10^-7, а рН > 7 и чем больше значение рН, тем больше щёлочность раствора.

Схема зависимости концентрации ионов Н⁺, величиной рН и реакцией среды выглядит следующим образом:

Конц. ионов 10^о 10^-1 10^-3 10^-5 10^-7 10^-810^-10 10^-12 10^-14

[Н⁺], моль/л

увеличение увеличение

кислотности щелочности

 

рН 7

0 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14

 

реакциясильнокислая слабокислая слабощелочная сильнощелочная

раствора

нейтральная

Качественно реакцию среды и рН водных растворов электролитов определяют при помощи индикаторов. Наиболее часто используемые на практике индикаторы: лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый.

- лакмус изменяет окраску в интервале рН = 5,0 – 8,0

- фенолфталеин изменяет окраску в интервале рН = 8,2 – 10,0

- метиловый оранжевый (метилоранж) изменяет окраску в интервале

рН = 3,1 – 4,4.