Диссоциация воды. Водородный и гидроксильный показатели

Вода является очень слабым электролитом. Она диссоциирует по уравнению:

H₂O H⁺ + OH^- .

Для данного обратимого процесса можно написать выражение:

K_d (H₂O) = = 1,8 × 10^-16 (при 22 °С).

В данном выражении [H₂O] равна концентрации молекул воды, не распавшихся на ионы. Так как на ионы распадается ничтожно малая часть молекул (a (H₂O) = 1,8 × 10^-7), то величину [H₂O] можно считать постоянной и равной молярной концентрации чистой воды:

[H₂O] = = 55,56 моль / дм³ = 55,56 М.

Полученное значение можно умножить на константу диссоциации и получить новую константу, которая называется константа воды (К):

K = [H₂O] × K_d = 55,56 × 1,8 × 10^-16 » 1 × 10^-14.

Константа воды определяет равновесные концентрации ионов Н⁺ и ОН^- в водном растворе при данной температуре:

K = [H⁺] × [OH^-] = 10^-14 (при 22 °С).

Константа воды зависит только от природы воды и температуры. При охлаждении она уменьшается (К (5 °С) = 2,1 × 10^-15), а при нагревании увеличивается (К (60 °С) = 1,3 × 10^-13).

В чистой воде [H⁺] = [OH^-] = = 10^-7 M. Такая среда называется нейтральной.

В водных растворах, содержащих кислоты [H⁺] > 10^-7 M, а [OH^-] < 10^-7 M. Такая среда называется кислой. В растворах, содержащих основание [H⁺] < 10^-7M, а [OH^-] > 10^-7M. Такая среда называется щелочной.

Для удобства пользуются не самими значениями концентраций ионов [H⁺] и [ОН^-], а их отрицательными десятичными логарифмами, которые называются водородным показателем (рН) и гидроксильным показателем (рОН):

pH = - lg [H⁺] ,

pOH = - lg [OH^-].

В нейтральной среде рН = 7.

В кислой среде рН < 7, pOH > 7.

В щелочной среде рН > 7, pOH < 7.

Если прологарифмировать уравнение [H⁺] [OH^-] = 10^-14 , то можно показать, что рН + рОН = 14.

Характер среды в данном растворе можно качественно оценить с помощью специальных реактивов, которые называются кислотно-основными индикаторами. Примером такого индикатора являются лакмус: при рН < 5 он имеет красный цвет, в интервале 5 £ рН £ 8 - фиолетовый цвет, а при рН > 8 - синий цвет.

Точное определение рН (или рОН) растворов осуществляется специальными приборами (рН- метрами).