Ионное произведение воды; рН растворов

Вода является слабым электролитом и в очень незначительной степени диссоциирует на ионы:

H₂0 ↔ H⁺ + 0H^-

Молярная концентрация ионов водорода и гидроксид - ионов в воде при 22 ^оС равна 10^-7 моль/л.

Выражение константы диссоциации воды:

K _дис = ([H⁺] [ 0H^- ])/ [H₂0]

Отсюда следует: К _дисс [H₂0] =[H⁺] [ 0H^- ]

Так как степень диссоциации воды очень мала, то в уравнении концентрацию недиссоциированных молекул воды [H₂0] можно считать величиной постоянной. Следовательно, и произведение K_дисс[H₂0] является величиной постоянной:

К_в = [H⁺] [0H^-].

Из уравнения следует, что для воды произведение концентраций - ионов водорода и гидроксид – ионов – есть величина постоянная (при постоянной температуре). Эта постоянная величина называется ионным произведением воды и обозначается К_в. Добавление к воде кислот, щелочей и солей смещает равновесие: H₂0 ↔ H⁺ + 0H^-, но как бы не менялись концентрации ионов Н⁺ и ионов 0Н^- в растворе, произведение их остается величиной постоянной, следовательно, иное произведение воды является величиной постоянной не только для чистой воды, но и для разбавленных водных растворов любых веществ.

Численное значение при комнатной температуре (при 22 ^оС):

K_в = [H⁺] [0H^-] = 10^-14,

поэтому, зная концентрацию одного из ионов, легко рассчитать концентрацию второго иона:

[H⁺] = 10^-14/[OH^-] моль/л; [0H^-] = 10^-14/[H⁺] моль/л

Таким образом, реакция любого водного раствора может быть количественно охарактеризована концентрацией только одного из ионов воды:

нейтральная среда: [H⁺] = 10^-7 моль/л;

кислая среда: [H⁺] > 10^-7 моль/л;

щелочная среда: [H⁺] < 10^-7 моль/л.

Реакцию среды удобно выражать в логарифмической шкале, вводя так называемый водородный показатель pH.

Водородным показателем называется десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком: pH = - lg [H⁺].

Исходя из значения pH, реакция среды может быть охарактеризована следующим образом:

нейтральная среда: pH = 7;

кислая среда: pH < 7;

щелочная среда: pH > 7.

Гидроксильным показателем называется десятичный логарифм концентрации гидроксид-ионов, взятый с обратным знаком: pОH = - lg [ОH^-].

рН + рОН = 14.

Кислотность и щелочность среды определяются с по­мощью реактивов, изменяющих свой цвет в зависимости от отно­сительных концентраций ионов Н⁺ и ОН^-. Эти реактивы называют индикаторами. В качестве индикаторов применяют лакмус, мети­ловый оранжевый, фенолфталеин, универсальный индикатор и др.