ИОННОЕ ПРОИЗВЕДЕНИЕ ВОДЫ

Вода является очень слабым амфотерным электролитом:

2H₂ «H₃O⁺ + OH^-; D H°» 56 кДж.

Свободные ионы водорода H не способны к существованию в водном растворе - они мгновенно гидратируются водой до катионов оксония (H₃O⁺). Однако, для простоты записи часто используют обозначение H⁺:

H₂O «H⁺ + OH^-.

Константа диссоциации воды равна:

В воде и разбавленных водных растворах электролитов молярная концентрация воды практически постоянна и равна

где 1000 - масса 1 л воды, г; 18 - молярная масса воды, г/моль.

Поэтому можно считать постоянным произведение:

K_В·[H₂O] = [H⁺]·[OH^-] = 1,8·10^-16·55,6 = 1·10^-14 (моль/л)

Произведение равновесных концентраций ионов водорода и гидроксила в воде и разбавленных водных растворах (при постоянной температуре) есть величина постоянная - ионное произведение воды (K_В).

K_В = [H⁺]·[OH^-] = 1·10^-14 при 25 ° С

При увеличении температуры K_В значительно возрастает:

Следовательно, в чистой воде при 25 ° С

[H⁺] = [OH^-] = 1·10^-7 моль/л.

В водных растворах электролитов молярные концентрации ионов H⁺ и OH^- не обязательно равны 10 моль/л (как в чистой воде), но их произведение при 25 ° С всегда равно 1·10^-14. Следовательно, если задано значение [H⁺], то легко определить и [OH^-], и наоборот:

В кислых растворах преобладает концентрация ионов H⁺:

[H⁺] > [OH^-], т.е. [H⁺] > 1·10^-7 и [OH^-] < 1·10^-7 моль/л.

В основных растворах преобладает концентрация ионов [OH ]:

[OH^-] > [H⁺], т.е. [OH^-] >1·10^-7 и [H⁺] < 1·10^-7 моль/л.

Для удобства вместо значений [H⁺] используют водородный показатель pH. Водордный показатель есть отрицательный десятичный логарифм числового значения молярной концентрации ионов водорода:

pH = -lg[H⁺]

По аналогии используют гидроксильный показатель (pOH):

pOH = -lg[OH^-]

Поскольку K_В = [H⁺]·[OH^-] = const при T = const, то pH + pOH = -lg K_В = f(T).

При 25 ° С pH + pOH = -lg 1·10^-14 = 14, или pH = 14 - pOH.

Величина pH используется как мера кислотности, нейтральности или основности водных растворов:

в кислой среде pH < 7,

в нейтральной среде pH = 7,

в основной среде pH > 7.

Значение pH может быть больше 14 или отрицательным (очень кислая среда).

Существуют различные методы определения концентрации ионов водорода (и, соответственно, гидроксид-ионов). Один из простейших методов основан на использовании кислотно-основных индикаторов. В качестве таких индикаторов служат органические кислоты и основания, которые резко изменяют свою окраску в определенном узком интервале pH. Обычно стараются подобрать индикатор с узким интервалом перехода (не более двух единиц pH). В табл.6.3 показаны интервалы перехода окраски важнейших кислотно-основных индикаторов.

Часто используют смеси индикаторов - универсальные индикаторы, которые способны многократно изменять окраску: определенному интервалу pH (иногда узкому, до 0,2 единиц) отвечает характерная окраска, присущая одному из индикаторов смеси. Наиболее точным методом определения pH является потенциометрический, основанный на измерении зависимости потенциала электрода от концентрации ионов водорода в исследуемом растворе.

Таблица 6.3.

Поиск по сайту: