Ионизация воды. pH и pOH

Точные измерения электропроводности показывают, что вода слегка ионизована.

H₂O = H⁺ + OH⁻ K_С = [H⁺] · [OH⁻] / [H₂O]. (4.13)

При практически постоянной концентрации недиссоциированной воды [H₂O] ≈55,5 моль/л при температуре 25^о С из (4.13) следует соотношение, называемое ионным произведением воды:

K_С [H₂O] ≡ K_w =[H⁺]·[OH⁻] =1·10^-14 , (4.13')

где K_w - константа ионизации воды.

При условии электронейтральности: [H⁺] = [OH⁻] = 1 · 10^-7 моль/л.

Ионное произведение воды применимо к более сложным системам разбавленных водных растворов кислот, оснований и солей.

Сложные задачи совместных химических равновесий подвластны только компьютеру. Мы же рассмотрим самые простые примеры:

1) [HCl]=0,01 М → [H⁺]·[OH⁻] = 1·10^-14; [OH^-] = 1·10^-14/1·10^-2 =10^{-12 М}

[H⁺] = [OH⁻] + [Cl⁻] ≈ [Cl⁻] = 0,01М

[Cl⁻] ≈ 0,01 М (α → 1).

2) [Ca(OH)₂] = 0,01 М → [Ca²⁺] = 0,01М (α → 1)

[OH⁻] = 0,02 М

[H⁺] = 10^-14 /0,02 = 0,5 · 10^-12 М.

Для удобства содержание ионов водорода и гидроксида принято характеризовать водородным показателем и аналогичным показателем гидроксид ионов.

pH = - lg [H⁺]; pOH = - lg[OH⁻]

10^-7

10⁰ 10^-2 10^-4 10^-6 10^-8 10^-10 10^-12 10^-14 [H⁺], моль/л

М Ф

К К

0 2 4 6 8 10 12 14 рН

		Б С		Ф Ф
		Лакмус
	М О

Рис. 4.4. Шкала [H⁺], рН. Вертикальная стрелка отмечает нейтральный раствор. Слева от нее – область кислых сред, справа – щелочных. Интервалы действия индикаторов: МФ – метиловый фиолетовый; МО – метиловый оранжевый; КК – конго красный; БС – бромтиоловый синий; ФФ – фенолфталеин.

Индикаторы – это слабые кислоты или основания, например:

H In = H⁺ + In⁻ K _HIn = [H⁺] [In⁻] / [H In]

В кислом р-ре ↔ в щелочном р-ре

(один цвет) (другой цвет)

При изменении [H⁺] в 100 раз, в соответствии с уравнением диссициации в 100 раз, т.е. от 1/10 до 10/1 меняется отношение концентраций [In⁻] / [H In], имеющего разные цвета аниона In⁻ в диссоциированной и недиссоциированной формах.

Задача. Найти константу ионизации К _а цианистоводородной кислоты HCN, если pH = 5,2 при [HCN]₀ =0,04 М.

[H⁺] =10^-pH = 10^-5,2 = 6,3 ·10^-6

К _а = [H⁺] [CN⁻]/[HCN] = [H⁺]([H⁺]-[OH⁻])/([HCN]₀-[H⁺]) = (6,3·10^-6)²/ 0,04 =1·10^-9.