Іонний добуток води
Ретельно очищена від сторонніх домішок вода має незначну електричну провідність. Це може бути пояснено тим, що молекули води частково розпадаються на іони, тобто Н2 Про є слабким електролітом. Процес дисоціації води протікає згідно такої схеми
Застосовуючи закон дії мас до процесу дисоціації води, маємо:
де КД - константа дисоціації (величина таблична).
Оскільки на іони дисоціюють невелика частина молекул води (розпадається лише одна з приблизно 10 8 молекул), то її концентрацію можна вважати незмінною і постійною. позначаючи KД # 8729; [H2 O] через КВ. отримуємо:
де КВ - іонний добуток води.
Іонний добуток води показує, чому дорівнює твір концентрацій іонів водню і гідроксид-іонів у воді.
Значення КВ залежить тільки від температури. Встановлено, що при 22 0 С іонний добуток води КВ = 10 -14.
Так як відповідно до рівняння дисоціації концентрації іонів Н + і ОН - в воді однакові, то їх можна визначити
[H +] = [OH -] = = 10 -7 моль / л. (7)
Відповідно до теорії електролітичноїдисоціації іони Н + є носіями кислотних властивостей, а іони ОН - - носіями основних властивостей. Тому, розчин буде нейтральним, коли СН + = СОН - = 10 -7 моль / л; кислотним, коли СН +> СОН -> 10 -7 моль / л, і основним, коли СН + <СОН - <10 -7 моль/л.
При зміні кислотності розчину іонний добуток води залишається постійним: при підкисленні розчину підвищується концентрація іонів водню, але в стільки ж разів зменшується концентрація гідроксил-іонів; при подщелачивании розчину зростає концентрація гідроксильних іонів, але відповідно зменшується концентрація іонів водню.
Знаючи концентрацію іонів водню, легко знайти концентрацію гідроксид-іонів, і навпаки.
ПРИКЛАД 5. Визначити концентрацію іонів водню, якщо концентрація гідроксид-іонів дорівнює 10 -9 моль / л.
[H +] = 10 -14 / 10 -9 = 10 -5 моль / л.
ВІДПОВІДЬ: [H +] = 10 -5 моль / л.
Оперувати числами з негативним показником ступеня незручно, тому введена особлива одиниця виміру концентрації іонів водню, звана водневим показником і позначається рН.
Водневим показником рН називається негативний десятковий логарифм концентрації іонів водню в розчині.
Водневий показник визначає характер реакції розчину. При 22 0 С в нейтральному середовищі рН = 7, в кислому середовищі рН <7 и в щелочной среде рН> 7.
Аналогічно негативний десятковий логарифм концентрації гідроксид-іонів називається гідроксильних показником і позначається рОН.
рОН = - lg [OH -] (9)
При 22 0 С в нейтральному середовищі рОН = 7, в кислому середовищі рОН> 7 і в лужному середовищі рОН <7.
З вище сказаного випливає, що зі збільшенням кислотності розчину значення рН зменшується, значення рОН зростає, а їх сума завжди дорівнює 14.
Знаючи рН середовища, можна легко розрахувати рОН середовища, і навпаки.
ПРИКЛАД 6. Розрахувати рН розчину і визначити характер середовища, якщо рОН = 8.
РІШЕННЯ . Використовуючи формулу (10), отримуємо рН = 14 - рОН = 14 - 8 = 6.
Так як рН <7, следовательно, раствор имеет кислую среду.
ВІДПОВІДЬ: рН = 6, середу кисла.
ПРИКЛАД 7. Розрахуйте рН 0,01 М розчину NH4 OH при 25 0 С.
РІШЕННЯ. Гідроксид амонію - слабкий електроліт і дисоціює оборотно: NH4 OH ↔ NH4 + + ОН -.
Значення КД знаходимо в додатку; КД (NH4 OH) = 1,8 # 8729; 10 -5.
Рівноважну концентрацію іонів ОН - знаходимо з формули (4)
[ОH -] = = = 4,24 # 8729; 10 -4 моль / л.
За формулою (9) визначаємо гідроксильний показник
рОН = - lg [OH -] = - lg [4,24 # 8729; 10 -2] = 3,37.
Використовуючи формулу (10) визначимо рН розчину
рН = 14 - рОН = 14 - 3,37 = 10,63.
Водневий показник має важливе значення для розуміння більшості процесів, що протікають в рідкій фазі, так як іони Н + і ОН - безпосередньо беруть участь у багатьох з цих процесів. Крім того, ці іони є гомогенними каталізаторами багатьох реакцій. Величина рН може служити критерієм сили кислоти і підстави. В ряду кислот сильнішою буде та, у якої при однаковій молярної концентрації концентрація іонів водню вище (рН нижче). Для підстав подібна залежність має зворотний характер.
З визначенням кислотності середовища доводиться мати справу на хімічних підприємствах і в хімічних лабораторіях; в кондитерському і хлібопекарському виробництві. Істотно вплив на врожайність надає рН грунту, на екологію водойми - рН води.