Електролітична дисоциация води. Іонний добуток води. Водний показник рН і гідроксильний показник рОН, визначення рН розчинів сильних та слабих кислот.

Хімічно чиста вода є надзвичайно слабким електролітом, але дуже незначною мірою вона може піддаватися електролітичній дисоціації (точніше – іонізації):

Завдяки малим розмірам йонів Н⁺ вони миттєво гідратуються з утворенням йонів гідроксонію Н₃О⁺ за схемою: Н⁺ + Н₂О à H₃O⁺ + OH^–, або H₂O + H₂O Û H₃O⁺ + OH^–.

Доведено, що гідратація йонів Н⁺ – це необоротний процес з константою рівноваги приблизно 10¹⁴⁶, тобто йони Н⁺ гідратуються практично повністю.

Реакція, що відповідає рівнянню 2Н₂О →Н₃О⁺+ОН^–, називається автопротоліз води, під час якого одна молекула води відщеплює йон Н⁺ (протон) і відіграє роль кислоти, а друга, яка приєднує протон з утворенням Н₃О⁺, – роль основи

Однак для зручності при запису дисоціації води користуються скороченим рівнянням:

На основі експериментальних досліджень встановлено, що при температурі 22⁰С ступінь дисоціації води дуже малий: a_Н2О=1,8×10^–9, тобто на йони розпадається тільки одна молекула із приблизно 1800000000. Зрозуміло, що вода належить до надзвичайно слабких електролітів і підлягає закону діючих мас. Тому для неї можна записати вираз константи дисоціації:

Невелике значення ступеня дисоціації води (a_Н2О=1,8×10^–9) свідчить про сильне зміщення рівноваги дисоціації вліво, тому концентрацію H₂O при постійній температурі можна вважати постійною. Отже, добуток постійних величин у правій частини рівняння – теж величина стала (К×[H₂O]=const). Тоді сталим є і добуток концентрацій йонів Н⁺ і ОН^– в лівій частині рівняння. Цей добуток ([H⁺]×[OH^–]) одержав назву іонний добуток води:

де К_Н2О – іонний добуток води, для якого прийняті й інші позначення: К_в, або К_w.

Константа дисоціації води, визначена експериментально, при 22^оС дорівнює: К_дис=1,8∙10^–16, а концентрацію недисоційованих молекул води [H₂O] практично можна вважати рівною її загальній концентрації. З рівняння дисоціації води (Н₂О→Н⁺+ОН^–) видно, що концентрації катіонів Гідрогену і гідроксильних аніонів однакові і в той же час дорівнюють концентрації тієї частини води, яка продисоціювала і яка визначається добутком a·[H₂O]: [H⁺] = [OH^–] = a[H₂O].

Молярна концентрація води обчислюється відношенням кількості речовини (n=m/M) до об’єму V:

Беручи до уваги, що 1 л води при 22⁰С має масу приблизно 1000 г, одержимо молярну концентрацію води: [H₂O] = m / М×V = 1000 / 18×1= 55,56 моль/л.

Тоді концентрації йонів гідрогену і гідроксид-іонів складають

[H⁺] = [OH^–] = a·[H₂O] = 1,8 × 10^–9× 55,56 = 1 × 10^–7моль/л,

Іонний добуток води є сталою величиною за умов постійної температури. При підвищенні температури К_Н2О збільшується. Це зумовлено тим, що дисоціація води є ендотермічним процесом, який згідно з принципом Ле-Шательє посилюється із зростанням температури і послаблюється під час охолодження.

Для води і розведених водних розчинів за умов постійної температури добуток концентрацій йонів гідрогену і гідроксид-іонів є величиною сталою: K_H2O = [H⁺] × [OH^–] = 10^–14 (22⁰C).

Таке саме значення К_Н2О при 22⁰С мають і розведені водні розчини кислот і основ. Тому, якою б великою не була концентрація йонів Н⁺, концентрація йонів ОН^– не буде дорівнювати нулю або навпаки. На основі рівняння можна обчислити концентрацію [Н⁺] чи [OH^–], якщо одна з цих величин відома:

Проте, вести розрахунки концентрацій [H⁺] i [OH^–] через від¢ємний ступінь не зовсім зручно, тому за пропозицією Серенсена використовується інша величина – водневий показник, який позначається символом рН.

Водневий показник рН – це величина, що характеризує кислотність середовища і дорівнює від¢ємному десятковому логарифму концентрації йонів гідрогену [H+]:

По аналогії з ним було введено і гідроксильний показник рОН:

Логарифмуючи рівняння (6.11): [H⁺] × [OH^–] = 10^–14), одержимо:

Якщо перемножити усі члени в останньому рівнянні на –1, то:

Ці рівняння – це іонний добуток води у логарифмічному вигляді. Розглянемо можливі межі змінення водневого (pH) і гідроксильного (pOH) показників залежно від реакції середовища у розчині.

· У нейтральному середовищі концентрації йонів гідрогену і гідроксил-іонів однакові: [H⁺] = [OH^–] = 10^–7, тому водневий показник: рН = –lg[H⁺] = –lg10^–7= 7.

· У кислому середовищі концентрація йонів гідрогену завжди вища, ніж концентрація гідроксильних йонів: [H⁺] > [OH^–], тому [H⁺] > 7, pН < 7.

· У лужному середовищі, навпаки, переважає концентрація гідроксильних йонів: [H⁺]<[OH^–] i тому [H⁺]<10^–7, pH > 7.

Розчини, значення рН яких змінюється від 0 до 3, вважаються сильнокислими, а при рН=4-6 – слабкокислими. Слабколужні розчини мають рН=8-10, а сильнолужні – рН=11-14. Якщо [H⁺]>1моль/л, то рН набуває від¢ємних значень (рис.6.10). Так, при [H⁺]=2моль/л водневий показник рН= –lg2 = –0,3. Якщо [H⁺]<10^–14моль/л, рН>14, наприклад, при концентрації йонів гідрогену [H⁺] = 0,5×10^–14моль/л, водневий показник рН = 14,3.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: