Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды

Среди слабых электролитов вода занимает особое место. Она растворитель и важнейший элемент природной среды, определивший саму структуру химии и жизни на нашей планете. Вода — один из самых сложных объектов химии. Структурирующие ее водородные связи обладают энергией, которая хотя и не обеспечивает строгой регулярности расположения молекул как в кристаллах, но не допускает и большого термодинамического хаоса. Картина усложняется тем, что вода самопроизвольно диссоциирует на ионы. Они, в свою очередь, вступают во взаимодействие с молекулами воды и их ассоциатами. В итоге все это приводит к тому, что жидкая вода имеет сложную и динамичную структуру.

В последнее время проводятся многочисленные теоретические квантовохимические расчеты возможных структур крупных водных кластеров. Из-за наличия в них большого числа мобильных водородных связей такие кластеры могут обладать удивительными свойствами, среди которых не исключается и свойство служить элементом памяти квантовых компьютеров.

Рассмотрим простейшую модель жидкой воды, состоящей только из отдельных молекул Н20. В этом случае диссоциацию воды можно описать схемой

Запишем константу равновесия этого процесса:

Поскольку степень диссоциации воды чрезвычайно мала, то молярная концентрация воды в воде ^н2о практически неизменна и равна 55,56 моль/л, а потому может быть перенесена в левую часть как константа:

Константа Кшт называется ионным произведением воды. При температуре 25°С оно равно 10 14 моль22. При увеличении температуры Квод значительно возрастает (табл. 14.4).

Таблица 14.4

Зависимость ионного произведения воды от температуры

г, °с

0

18

25

30

35

60

А„„д' 10м

0,1139

0,5702

1,0008

1,469

5,474

9,614

Прологарифмируем полученное выражение:

Из уравнения диссоциации воды следует Сн+ = Сон , поэтому для нейтральных растворов можно записать:

Величина отрицательного десятичного логарифма молярной концентрации катионов водорода называется водородным показателем среды и обозначается pH:

Величина отрицательного десятичного логарифма молярной концентрации анионов гидроксила называется гидроксильным показателем среды и обозначается рОН:

Из сказанного очевидно, что

Для нейтральной среды pH = 7, для кислой pH < 7, а для щелочной pH > 7.

Подчеркнем, что вода со значением pH = 7 — очень дорогой химический реактив. Обычная вода содержит соли (минерализация) и растворенные газы (особенно влияет на pH содержание углекислого газа). Норматив на питьевую воду предусматривает в довольно широких пределах возможность колебаний pH:

  • • в странах ЕС: 6,5—9,5;
  • • в США: 6,5-8,5;
  • • рекомендация ВОЗ: 6,5—8,5;
  • • в России: 6,0—9,0.

Вариации содержания катиона водорода в питьевой воде могут различаться в 100 (США) и даже в 1000 раз (Россия). Для утоления жажды употребляется и более кислая вода. Так, если насытить воду углекислым газом при атмосферном давлении, то pH полученной «газировки» будет равен 3,7. Такую кислотность имеет примерно 0,0007%-ный раствор соляной кислоты, а желудочный сок человека намного кислее (в среднем pH = 1,6). Значения pH некоторых растворов приведены в табл. 14.5.

Таблица 14.5

Значения pH некоторых растворов

Раствор

pH

Раствор

pH

Электролит в свинцовых аккумуляторах

< 1,0

Чай

5,5

Кислотный дождь

<5,6

Желудочный сок

1,0-2,0

Кожа здорового человека

^6,5

Окончание табл. 14.5

Раствор

pH

Раствор

pH

Кока-кола

2,1-2,4

Слюна

6,35-6,85

Лимонный сок

2,5±0,5

Молоко

6,6-6,9

Уксус

2,9

Кровь

7,36-7,44

Яблочный сок

3,5+1,0

Морская вода

8,0

Пиво

4,5

Раствор пищевой соды

8,5

Кофе

5,0

Мыло для рук

9,0-10,0

Шампунь

5,5

Нашатырный спирт

11,5

Источник: http://ru.wikipedia.org/wiki/PH

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >