Дисоціація води. Іонний добуток води. Водневий показник

Чиста вода є слабким електролітом, який незначною мірою проводить електричний струм. При 22°С її ступінь електричної дисоціації дорівнює , тобто дисоціює тільки одна з 555∙10⁶ молекул води. Однією із причин цього є те, що дисоціація пригнічується дією водневих зв’язків, типових для води. Дисоціацію води можна записати так:

.

Для спрощення і зручності рівняння записують в такому вигляді:

.

Застосувавши до цієї рівноваги закон діючих мас, маємо:

, або ,

де К – константа електричної дисоціації води, вона дорівнює 1,8∙10^-16.

Оскільки ступінь дисоціації води дуже маленька величина, то практично [H₂O]=const (кількість дисоційованих молекул не враховується) і тоді

.

Константа називається іонним добутком води.

Оскільки , то при 22⁰С .

Таким чином, .

Значення є постійною величиною за даної температури.

В умовах кімнатної температури нейтральні розчини мають однакову концентрацію: та . Таке саме значення мають при тій же самій температурі й розведені водні розчини кислот і основ. Тому, якою б не була концентрація іонів Гідрогену, концентрація гідроксид-іонів не буде мати нульового значення або навпаки. Це дає можливість розраховувати концентрацію [H⁺] або[OH⁻], якщо одна з цих величин відома:

та .

Наприклад, концентрація іонів Гідрогену в 5×10^-3 М розчину натрій гідроксиду дорівнює

.

Однак записувати концентрацію іонів [H⁺] та [OH⁻], застосовуючи від’ємний степінь не зовсім зручно. Тому кислотні властивості розчинів датський біохімік Серенса запропонував характеризувати величиною водневого показника рН, який визначається співвідношенням

,

або , (31)

оскільки експериментально в розчині визначають не концентрацію іонів гідрогену, а їх активність (a=f C).

Рівняння (31) можна записати в такому вигляді:

,

де − коефіцієнт активності іонів Гідрогену, значення якого в розведених розчинах наближається до одиниці. Тоді .

Оскільки концентрація іонів Гідрогену може змінюватися в межах іонного добутку, то рН змінюється в інтервалі від 0 до 14.

У нейтральному розчині ; .
У кислому розчині ; . Так, для М розчину ; . Для розчину тієї ж концентрації

; .

Таким чином, кислий розчин ;

нейтральний розчин ;

лужний розчин .

Розчини, значення рН яких знаходяться в інтервалі від 0 до 3, належать до сильнокислих; при рН = 4…6 – до слабкокислих. Слабколужні розчини мають рН = 8…10, а сильнолужні – рН = 11…14.

Розчини, в яких , мають від’ємне значення рН. Так, якщо , то .

При . Якщо , то . Вивчення рН розчинів має велике практичне значення в хімії, біології, медицині, харчовій промисловості, сільському господарстві та ін.