Диссоциация воды. Водородный показатель

 

Вода служит не только наиболее распространенным растворителем для многих веществ, но и сама является очень слабым амфотерным электролитом:

Н₂О ↔ H⁺ + ОH^-; ∆Н°₂₉₈ = 56 кДж /моль,

в воде присутствуют катионы водорода и гидроксид - анионы в строго эквивалентных количествах. Константа ионизации воды (К_u)

K_u = [H][OH^-]/[H₂O],

определена по электрической проводимости и равна 1,8∙10^-16 при 22 °С. Так как вода - очень слабый электролит, то концентрация недиссоциированных молекул может быть принята

равной общему числу молей в 1 дм³ воды, то есть: [Н₂О] = 1000/18 = 55,56 моль/дм³.

Тогда К_и [Н₂0]= [H⁺] [ОН^-] или [H⁺][ОН^-] = 1,8∙10^-16 ∙55,56 = 10^-14 = К_w

Величина [Н⁺ ][ОН^-] = 10^-14 называется ионным произведением воды. Так как в воде концентрации гидратированных ионов равны, то

____

[H⁺]= [ОH^-]= √10^-14 = 10^-7 моль/дм³

При добавлении кислоты концентрация ионов водорода увеличивается и соответственно уменьшается концентрация гидроксид – ионов, поскольку при данной температуре ионное произведение воды – величина постоянная. При добавлении щелочи наблюдается обратная зависимость. Таким образом, концентрация ионов водорода в растворе может служить мерой кислотности или щелочности среды. В кислых растворах [Н⁺]>10^-7, в щелочных [Н⁺]<10^-7.

В 1909 г. Сёренсен ввел значение отрицательного десятичного логарифма концентрации водородных ионов, которое называют водородным показателем рН

рН= - lg[H⁺].

Тогда для нейтральной среды рН = - lg10^-7 = 7, для кислых растворов рН < 7, а для щелочных рН > 7. Аналогичным образом реакция среды может быть охарактеризована так называемым гидроксильным показателем рОН

рОН = -lg[OH^-].

Для воды рН = рОН = 7, а изменение рОН в кислых и щелочных растворах противоположно изменению рН. Прологарифмировав ионное произведение воды, получим

lg[H⁺] + lg[OH^-] = -14.

Заменив отрицательные логарифмы, получим соотношение

рН + рОН = 14.

Наглядно зависимость между концентрацией ионов водорода, значением рН и реакцией раствора можно выразить схемой:

Из схемы видно, что чем меньше рН, тем больше концентрация ионов Н⁺, т.е. тем выше кислотность среды; и наоборот, чем больше рН, тем меньше концентрация ионов Н⁺, т.е. тем выше щелочность среды. Исключительно важна роль реакции среды в самых различных явлениях и процессах, как в природе, так и в медицинской практике. Многие процессы, протекающие в живых организмах, требуют определенной реакции среды.