Диссоциация Воды. Водородный Показатель

Тема: Диссоциация Воды. Водородный Показатель

План:
1. Вода, как было отмечено ранее, слабый электролит. Без учета гидратации ионов Н⁺ уравнение диссоциации воды имеет следующий вид:

2. Константа диссоциации Н₂О рассчитывается следующим образом:
3. Зависимость константы диссоциации воды K_w от температурыt 

Вода, как было отмечено ранее, слабый электролит. Без учета гидратации ионов Н⁺ уравнение диссоциации воды имеет следующий вид:

Так как на ионы диссоциирует лишь незначительная часть молекул воды, то ее концентрацию [Н₂O] можно считать постоянной, и тогда

	Произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов называют ионным произведением воды КН2О.

Установлено, что при 25 °С ионное произведение воды К_Н2О =10^-14
В разбавленных водных растворах электролитов, как и в воде, произведение концентраций ионов водорода Н⁺ и гидроксид-ионов ОН^- — величина постоянная при определенной температуре. Ионное произведение воды дает возможность вычислить концентрацию гидроксид-ионов ОН^- в любом водном растворе, если известна концентрация ионов водорода Н+, и наоборот.
Например, если [ОН^-] = 10^-9 моль/л, то [Н⁺] = = 10^-14/10^-9 = 10^-5 моль/л.
Среду любого водного раствора можно охарактеризовать концентрацией ионов водорода Н⁺ или гидроксид-ионов ОН^-
Различают три типа сред: нейтральную, щелочную, кислотную.
Нейтральная — это среда, в которой концентрация ионов водорода равна концентрации гидроксид-ионов:
[Н⁺] = [ОН^-] = 10^-7 моль/л.
Кислотная — это среда, в которой концентрация ионов водорода больше концентрации гидроксид-ионов:
[Н⁺] > [ОН^-], [Н⁺] > 10^-7 моль/л.
Щелочная — это среда, в которой концентрация ионов водорода меньше концентрации гидроксид-ионов:
[Н⁺] < [ОН^-], [Н⁺] < 10^-7 моль/л.
Для характеристики сред растворов удобно использовать так называемый водородный показатель pH (пэ аш), введенный датским химиком Сёренсеном: «р» — начальная буква слова potenz — математическая степень, буква «Н» — химический знак водорода.

Водородным показателем pH называется отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода: pH = -lg[H^+].

Например, если [Н⁺] = 10^-4 моль/л, то pH = 4,0, среда раствора кислотная; если [Н⁺] = 10^-10 моль/л, то pH = = 10,0, среда раствора щелочная; если [Н⁺] = 10^-7 моль/л, то pH = 7,0, среда нейтральная.
Чем меньше pH, тем больше концентрация ионов Н⁺, т. е. больше кислотность среды; и наоборот, чем больше pH, тем больше щелочность раствора. Наглядно зависимость между концентрацией ионов водорода, значением pH и реакцией среды раствора показана на схеме:
Существуют различные методы измерения pH. Качественно тип среды и pH водных растворов электролитов определяют с помощью индикаторов — веществ, которые обратимо изменяют свой цвет в зависимости от среды растворов, т. е. pH растворов. На практике, как вы знаете, для этого применяют такие индикаторы, как лакмус, метиловый оранжевый, фенолфталеин, универсальный.
Велика роль водородного показателя в самых различных явлениях и процессах — и в природе, и в технике. Многие производственные процессы в пищевой, химической и других отраслях промышленности, а также биологические процессы протекают лишь при определенной реакции среды.
Определенная реакция почвенного раствора необходима для нормального развития различных культур в сельском хозяйстве. Для снижения кислотности почв применяют известкование (внесение в почву карбонатов кальция и магния), для снижения щелочности — гипсование (внесение в почву молотого гипса). Во внутренней среде живых организмов значение pH постоянно. Так, желудочный сок при нормальной кислотности имеет pH = 1,7 (сильнокислотная среда), кровь — pH = 7,4 (слабощелочная), слезы — pH = 6,9 (слабокислотная, близка к нейтральной).
Чистая вода плохо проводит электрический ток, но всё же обладает измеримой электропроводностью, которая объясняется частичной диссоциацией молекул Н₂О на ионы водорода и гидроксид-ионы:
Н₂О Н⁺+ ОН^–
По величине электропроводности чистой воды можно вычислить концентрацию в ней ионов Н⁺и ОН^–. При 25^оС она равна 10^–7моль/л.
Константа диссоциации Н₂О рассчитывается следующим образом:

Перепишем это уравнение:

Следует подчеркнуть, что данная формула содержит равновесные концентрации молекул Н₂О, ионов Н⁺и ОН^–, которые установились на момент наступления равновесия в реакции диссоциации Н₂О.
Но, поскольку степень диссоциации Н₂О очень мала, можно считать, что концентрация недиссоциированных молекул Н₂О в момент наступления равновесия практически равна общей начальной концентрации воды, т.е. 55,56 моль/дм³(1 дм³Н₂О содержит 1000 г Н₂О или 1000 : 18 ≈ 55,56 (молей). В разбавленных водных растворах можно считать, что концентрация Н₂О будет такой же. Поэтому, заменив в уравнении (42) произведение двух постоянных величин новой константой (илиK_W), будем иметь:

Полученное уравнение показывает, что для воды и разбавленных водных растворов при неизменной температуре произведение молярных концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов есть величина постоянная. Она называется иначе ионным произведением воды.
В чистой воде при 25^оС . Поэтому для указанной температуры:

При увеличении температуры значении  возрастает. При 100^оС оно достигает 5,5 ∙ 10^–13(рис. 34).

Зависимость константы диссоциации воды K_w от температурыt (°С)