Ионизация воды. Водородный показатель

В чистой воде очень незначительная часть молекул Н20 диссоциирована на ионы:

Согласно уравнению равновесия можно записать выражение для константы равновесия процесса диссоциации воды, которую принято называть константой ионизации воды:

При 22°С константа ионизации воды равна 1,80 • 10 16, т.е. из 555 000 000 молекул воды диссоциирует только одна, следовательно, концентрация недис- социированных молекул Н20 настолько велика, что ее можно считать практически постоянной. Поэтому приведенное уравнение обычно упрощают, и оно приобретает вид

Постоянная Кщ0 называется ионным произведением воды. Молярная концентрация воды равна 55,5 моль/л (1000 : 18,02), из уравнения диссоциации воды следует, что концентрации [Н+] и [ОН ] равны, тогда

Подставляя это значение в уравнение для Кн^0, получим

Из равенства концентраций Н~ и ОН чистой воды следует, что кислотные и основные свойства воды выражены в одинаковой степени, а так как каждый Н+-ион нейтрализует только один ОН-ион, то вода нейтральна. Если к воде добавить кислоту, то вследствие этого концентрация [Н+] в растворе увеличится и поэтому она не будет равна концентрации [ОН ], а будет выше:

поэтому так как [Н"] увеличилась (добавили кислоту), то [ОН ] уменьшилась. Если к воде добавить основание, то оно поставляет ионы ОН-, следовательно,

концентрация [Н~] при этом уменьшается.

Таким образом, при нарушении равенства [Н+] = [ОН ] увеличение [Н+] приводит к уменьшению [ОН ], а увеличение [ОН ] приводит к уменьшению [Н~].

Увеличение концентрации [Н+] (добавление кислоты) обусловливает появление кислотных свойств раствора, а увеличение концентрации [ОН ] (добавление щелочи) — появление основных свойств раствора:

[IГ] = [ОН ] — среда нейтральная;

[Н-] > [ОН ] — среда кислая;

[Н] < |ОН | — среда щелочная.

Из этого следует, что растворы называются нейтральными в том случае, если концентрация водородных ионов и концентрация гидроксильных ионов одинакова и равна 110' моль/л. Однако следует иметь в виду, что Ки>0 = 10, и как бы ни менялись концентрации [Н~] и [ОН |, их произведение остается постоянным, равным 10 14. Поэтому, зная концентрацию одного из ионов, легко рассчитать концентрацию другого иона. Следовательно, степень кислотности или щелочности любого раствора может быть количественно выражена через концентрацию одного из ионов, чаще всего — ионов водорода. В 1909 г. С. П. Л. Сорензеном было предложено применять вместо подлинных значений [Н+] и [ОН | их отрицательные логарифмы, чтобы избавиться от отрицательных степеней в значениях [Н] и [ОН ]. Отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода в растворе называется водородным показателем и обозначается pH:

Отрицательный десятичный логарифм концентрации гидроксид-ионов в растворе называется гидроксильным показателем и обозначается рОН:

Для чистой воды pH = —lg[ 10 7], т.е. pH = 7. При увеличении [Н+] уменьшается pH; при увеличении [ОН | увеличивается pH. Так как Кп о = 10 м, то в нейтральном растворе pH = 7; в кислой среде pH < 7; в щелочной — pH > 7. Если, например, pH = 4, то рОН = 14 - 4 = 10.

Для определения pH используют индикаторы — вещества органической природы, которые изменяют свою окраску в растворах в зависимости от реакции среды. Эти соединения, например фенолфталеин, метиловый оранжевый, представляют собой слабые кислоты или основания, которым в молекулярной форме присуща окраска, не совпадающая с окраской их ионной формы. Представим, что индикатор является слабой кислотой, тогда в водном растворе наблюдается равновесие:

Если этот раствор подкислить (увеличить концентрацию ионов Н ), то равновесие сместится в сторону Hind, т.е. будет наблюдаться окраска, присущая молекулярной форме Hind. Если же к раствору добавить какое-нибудь основание, то концентрация Н+ снижается (Н+ + ОН- —? Н20), поэтому равновесие сдвигается вправо, т.е. в сторону окрашенной ионизированной формы индикатора Ind .

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >