ИОННОЕ ПРОИЗВЕДЕНИЕ ВОДЫ. ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ

Вода является очень слабым электролитом.

Процесс электролитической диссоциации воды протекает по схеме

Н₂О ⇄ Н⁺ + ОН^– , DН = 57,4 кДж/моль.

С учетом гидратации водородного иона, сопровождающейся образованием гидроксоний-иона H₃O⁺, уравнение электролитической диссоциации воды можно записать более строго

2H₂O ⇄ H₃O⁺ + OН^– .

Процессу электролитической диссоциации воды соответствует константа диссоциации

.

По электрической проводимости экспериментально установлено, что при 22 ⁰С К = 1,8·10 ^–16. Так как вода диссоциирует в очень малой степени, можно считать, что равновесная концентрация воды [H₂O] постоянная величина.

В 1 л воды (1 л @ 1 кг) содержится 55,6 моль воды.

Уравнение (76) можно представить в форме

[H⁺] [OH^–] = K [H₂O] = 1,8 ·10 ^–16·55,6 = 10 ^–14

Следовательно, произведение концентраций ионов является при данной температуре постоянной величиной

[H⁺]·[OH^–] = K_в.

Константа K_в называется ионным произведением воды.

Так как в воде концентрации катионов водорода (гидроксония) и гидроксид-анионов равны, то

[H⁺] = [OH^–] = = 10 ^{– 7} (моль/л)

Растворы, в которых [H⁺] = [OH^–], являются нейтральными. В кислой среде [H⁺] > 10 ^–7 моль/л и соответственно [OH^– ] < 10 ^–7 моль/л. В щелочной среде [H⁺] < 10 ^–7 моль/л и соответственно [OH^–] > 10 ^–7 моль/л.

На практике для оценки характера среды пользуются концентрацией ионов водорода, причем для удобства берут отрицательный десятичный логарифм концентрации, который обозначается символом рН и называется водородным показателем.

Водородный показатель рН представляет собой десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком

рН = – lg[H⁺].

Для нейтрального раствора (при 22^оC) pH = 7. В кислой среде
рН < 7, а в щелочной рН > 7.

Изменение pH раствора от 0 до 6 означает ослабление кислотности; при pH = 7 раствор нейтральный; при изменении pH от
7 до 14 происходит усиление щелочности раствора.

Измерение концентрации водородных ионов ведут колориметрическим методом или методом, основанным на измерении электродвижущих сил (ЭДС). Последний метод наиболее точен и применим к любым растворам (окрашенным и непрозрачным).

Колориметрический, или индикаторный, метод требует прозрачных окрашенных растворов и является менее точным. Он позволяет определить pH растворов от целых до десятых долей единицы. Индикаторный метод основан на сравнении изменяющейся окраски индикатора в определенных интервалах pH.