2.1. Ионное произведение воды, рН - растворов

Чистая вода является слабым электролитом, так как обладает измери­мой электрической проводностью, которая объясняется небольшой диссоциацией воды на ионы водорода и гидроксид ион:

Н₂О → H⁺ +ОН^-

Тогда константа диссоциации воды:

, (1)

или . (2)

Так как степень диссоциации воды очень мала, то концентрация недиссоциированных молекул Н₂О в воде практически равна общей концентрации воды -55,55 моль/л: 1 л содержит 1000 г Н₂О, т.е. 100:18=55,55 молей.

Kg - воды – величина постоянная при данной температуре. По­этому заменив в уравнении (2) произведение двух постоянных:

,

новой константой – константой воды будем иметь:

.

Полученное уравнение показывает, что для воды и разбавленных растворов при неизменной температуре произведение концентрации ио­нов водорода и гидроксогруппы есть величина постоянная. Она назы­вается ионным произведением воды. В чистой воде при 25°С [Н⁺] = [ОН^-] = 1^.10^-7 моль/л, поэтому для указанной температуры:

= 10^-7. 10^-7 = 10^-14

Растворы, в которых концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов одинаковы, называются нейтральными растворами. При повышении температуры увеличивается, но при температу­рах, близких к комнатным, этим увеличением можно пренебречь. Зная числовое значение ионного произведения воды, можно определить концентрацию ионов водорода и гидроксид-иона:

или .

Если концентрация ионов водорода в водородном растворе известна, то тем самым определена и концентрация ионов [ОН^-]. Так, если [H⁺] =10^-14 моль/л, то [OH^-] = 10^-14/10^-4=10^-10моль/л, и наоборот, если [ОН^-] = 10^-5 моль/л, то [Н⁺] =10^-14/10^-5 =10^-9 моль/л.

Поэтому как степень кислотности, так и степень щелочности раствора можно количественно охарактеризовать концентрацией ионов водоро­да:

Нейтральный раствор [Н⁺] =10^-7 моль /л, Кислый раствор [Н⁺] > 10^-7 моль/л,

Щелочной раствор [Н⁺] < 10^-7 моль / л.

Более удобно пользоваться десятичным логарифмом концентрации ионов водорода, взятых с обратным знаком. Эта величина называется водородным показателем и обозначается рН.

pH = - lg[H⁺] ,

если рН = 7 - среда нейтральная,

если рН < 7 - среда кислая,

если рН >7 - среда щелочная.

Приближенную реакцию раствора можно определить с помощью спе­циальных реактивов, называемых индикаторами, окраска которых ме­няется в зависимости от концентрации ионов водорода. Наиболее рас­пространенные индикаторы - метиловый оранжевый, метиловый красный, фенолфталеин, лакмус.