Диссоциация воды

Date: 2015-10-07; view: 450.

Строение молекулы воды, её диссоциация, ионное произведение воды, водородный показатель. Понятие об индикаторах.

Вопрос 42

Молекула воды (H2O) состоит из двух атомов водорода (H1) и одного атома кислорода (O16).

Одним из важнейших растворителей является вода. Являясь слабым электролитом, вода в незначительной степени диссоциирует на ионы:

H₂O H⁺ + OH^-.

В чистой воде концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов равны:

[H⁺]=[OH^-].

Измерения электропроводности чистой воды показали, что при 22 °С степень ее ионизации a = 1,8^.10^-9. Так как в 1 литре воды содержится

1000/M(H₂O) = 1000/18 = 55,55 моль,

то концентрация ионов будет равна

[H+] = [OH-] = 1,8^.10^-9.55,54 = 10^-7 моль/л,

а произведение равновесных концентраций:

[H⁺][OH^-] = 10^-14 = K_w.

При данной температуре величина K_w является постоянной и называется ионным произведением воды.

Постоянство величины K_w позволяет утверждать, что при увеличении в растворе концентрации ионов водорода H⁺ (растворение кислоты) происходит уменьшение концентрации гидроксид-ионов, и наоборот.

Если [H⁺]=[OH^-]=10^-7 моль/л, то среда раствор нейтральная;

если [H⁺]>10^-7 моль/л, то раствор кислый;

если [OH^-]>10^-7 моль/л, то раствор щелочной.

Поскольку значения концентрации ионов водорода в химии растворов используется очень часто, то для удобства введено представление о водородном показателе.

Ио́нное произведе́ние воды́ — произведение концентраций ионов водорода Н⁺ и ионов гидроксила OH⁻ в воде или в водных растворах, константа автопротолиза воды.

Вода, хотя и является слабым электролитом, в небольшой степени диссоциирует:

Равновесие этой реакции сильно смещено влево. Константу диссоциации воды можно вычислить по формуле:

где:

· [H⁺] — концентрация ионов гидроксония (протонов);

· [OH⁻] — концентрация гидроксид-ионов;

· [H₂O] — концентрация воды (в молекулярной форме) в воде;

Концентрация воды в воде, учитывая её малую степень диссоциации, величина практически постоянная и составляет (1000 г/л)/(18 г/моль) = 55,56 моль/л.

При 25 °C константа диссоциации воды равна 1,8·10⁻¹⁶моль/л. Уравнение (1) можно переписать как:

Обозначим произведение K·[H₂O] = K_в = 1,8·10⁻¹⁶ моль/л·55,56 моль/л = 10⁻¹⁴моль²/л² = [H⁺]·[OH⁻] (при 25 °C).

Константа K_в, равная произведению концентраций протонов и гидроксид-ионов, называется ионным произведением воды. Она является постоянной не только для чистой воды, но также и для разбавленных водных растворов веществ. C повышением температуры диссоциация воды увеличивается, следовательно, растёт и K_в, при понижении температуры — наоборот.

Водоро́дный показа́тель, pH (лат. pondus Hydrogenii - сила водорода, произносится «пэ аш», английское произношение — piː'eɪtʃ) — мера активности (в очень разбавленных растворах она эквивалентна концентрации) ионов водорода в растворе, и количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженной в молях на один литр: