Ионное произведение воды. Водородный показатель

Наиболее распространëнным на Земле и почти универсальным жидким растворителем является вода. Вода - слабый амфотерный электролит. Молекулы воды могут как отдавать, так и присоединять катионы Н⁺ (автопротолиз). В результате взаимодействия между молекулами в чистой воде содержатся помимо молекул H₂O гидроксид-ионы ОН ^– и катионы водорода Н⁺ (точнее, катионы оксония Н₃О⁺): H₂O + H₂O ^↔ Н₃О⁺ + ОН^–. Часто это равновесие изображают упрощëнным уравнением: H₂O ^↔ H⁺ + ОН^–.

Количественно диссоциация воды описывается константой диссоциации

и ионным произведением воды К_w

К_w = [H⁺][OH^–] = 10^–14 (при 25°С), (учитывая, что [H₂O] = 55,56 моль/л)

Следовательно, в чистой воде и нейтральных растворах:

[H⁺] = [OH ^–] = 10^-7 моль/л

Содержание катионов водорода и гидроксид-ионов выражается также через водородный показатель рН - это отрицательный десятичный логарифм концентрации (активности) ионов водорода в растворе: рН = –lg[H⁺] и гидроксильный показатель : рОН = –lg[OH ^–].

рН + рОН = 14, а в чистой воде и нейтральных растворах, когда концентрации ионов равны: рН = рОН = –lg10 ^–7 = 7.

При рН < 7 среда раствора называется кислой. В кислых растворах концентрация катионов водорода больше концентрации гидроксид-ионов и, следовательно, больше 10^–7 моль/л.

При рН > 7 среда раствора называется щелочной. В щелочных растворах [OH^–]>[H⁺], т.е. больше 10^-7моль/л.

Гидролиз солей

Гидролиз солей - это реакция обменного разложения между водой и солью, взаимодействие ионов соли с молекулами воды, ведущее к образованию слабого электролита, нарушающее диссоциацию воды и, как правило, изменяющее рН раствора.

Нарушение равновесия диссоциации воды при гидролизе соли происходит вследствие того, что ионы соли связывают один или оба иона воды, образуя малодиссоциированное соединение.

Можно выделить три типа гидролиза:

1. гидролиз по аниону происходит в растворах солей, состоящих из анионов слабых кислот и катионов сильных оснований. Например, цианид калия KCN - соль, образованная слабой циановодородной кислотой HCN и сильным основанием КОН, испытывает гидролиз по аниону CN ^–;

2. гидролиз по катиону происходит в растворах солей, состоящих из катионов слабых оснований и анионов сильных кислот. Например, хлорид алюминия AlCl₃ - соль, образованная катионом слабого основания Al(OH)₃ и анионами сильной кислоты HCl, подвергается гидролизу по катиону Al³⁺;

3. гидролиз по катиону и аниону одновременно характерен для солей, которые образованы из катионов слабых оснований и анионов слабых кислот. Например, ацетат аммония CH₃COONH₄, который является солью слабой уксусной кислоты CH₃COOH и слабого основания - гидроксида аммония NH₄OH, подвергается гидролизу и по аниону CH₃COO ^–, и по катиону NH₄⁺.

Поскольку сильные кислоты и сильные основания практически полностью диссоциируют на ионы, то, очевидно, что из ионов, входящих в состав солей, могут связываться с Н⁺ или ОН ^– воды только ионы кислотных остатков слабых кислот (CH₃COOH, Н₂СО₃, Н₂S, НСN и др.) и ионы металлов, образующих слабые основания (NН₄OH, Fe(ОН)₃, А1(ОН)₃ и др.). Поэтому соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не подвергаются.

Литература

1. Вигдорович В.И., Шель Н.В., Зарапина И.В. Химия. Ч. I. Общая и неорганическая химия: учебное пособие. Тамбов: Изд-во Першина Р.В. 2010. 335 с.

2. Вигдорович В.И., Романцова С.В., Шель Н.В., Зарапина И.В. Химия. Ч. II. Оcновы органической химии и химической термодинамики: учебное пособие. Тамбов: Изд-во Першина Р.В. 2011. 279 с.

3. Абакумова Н.А. Неорганическая химия: учебное пособие. Тамбов: ТГТУ. 2009. 124 с.

4. Глинка Н.Л. Общая химия: учебник для вузов / под ред. В. А. Попкова, А. В. Бабкова. 18-е изд., перераб. и доп. М.: Юрайт. 2011. 886 с.

5. Громов Ю.Ю., Дьячкова Т.П., Шеина О.А., Зарапина И.В. Сборник задач и упражнений по общей химии: учебное пособие. Тамбов: ТГТУ. 2007. 90 с.

6. Некрасов Б.В. Основы общей химии: учебник для вузов. В 2 т. Т. 1. - 4-е изд. СПб.: Лань. 2003. 656 с.; Т. 2. - 4-е изд. СПб.: Лань. 2003. 656 с.

7. Общая химия: учебное пособие / Ю.Ю. Громов, Т.П. Дьячкова, О.А. Шеина, А.В. Лагутин. Тамбов: ТГТУ. 2005. 124 с.

8. Ахметов Н.С. Лабораторные и семинарские занятия по общей и неорганической химии: Учеб.пособие для вузов / Н. С. Ахметов, М. К. Азизова, Л. И. Бадыгина. - 5-е изд., испр. М.: Высш.шк. 2003. 367 с.

9. Задачи и упражнения по общей химии: Учеб. пособие для вузов / Б.И.Адамсон, О.Н.Гончарук, В.Н.Камышова и др.; Под ред. Н.В. Коровина. М.: Высш.шк. 2003. 255 с.

10. Абакумова Н.А. Химия. Контрольные работы: учебное пособие для студ. 1 курса. Тамбов: ТГТУ. 2008. 124 с.