Ионное произведение воды. Водородный показатель. Гидроксильный показатель

Вода, являясь весьма слабым электролитом, в очень малой степени диссоциирует на ионы:

Н₂О «Н⁺ + ОН^-

Данный равновесный процесс описывается константой равновесия:

где К – константа диссоциации воды. При 22⁰С она равна 1,8 ∙ 10^-16.

Так как степень диссоциации воды очень мала, то в уравнении (1) концентрацию воды [Н₂О] можно считать величиной постоянной

,

тогда

[H⁺]×[OH^-] = K [H₂O]=K_w,

где К_w – ионное произведение воды.

Подставляя значения К и [Н₂О] в уравнение (2), получим численное значение ионного произведения воды при 22⁰С.

K_w = [H⁺][OH^-] = 1,8 ∙ 10^-16 ∙ 55,56 = 10^-14

Зависимость К_W от температуры демонстрируется следующими данными:

t, C⁰ 10 22 30 50 100

К_W 0,36 × 10^-14 1,00 × 10^-14 1,89 × 10^-14 5,6 × 10^-14 74 × 10^-14

Таким образом, К_W- величина постоянная лишь при данной температуре.

Растворы, в которых концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов одинаковы, называются нейтральными растворами. При 22⁰С в нейтральных растворах концентрация как ионов водорода, так и гидроксид-ионов равна 10^-7 моль/л. В кислых растворах больше концентрация ионов водорода, в щелочных – концентрация гидроксид-ионов. Но какова бы ни была реакция раствора, произведение концентраций ионов водорода и гидроксид – ионов остается постоянным.

Отсюда следует, что степень кислотности и степень основности раствора можно выразить с помощью концентраций ионов H⁺ или OH^-:

Нейтральный раствор [H⁺] = 10^-7 моль/л,

Кислый раствор [H⁺] > 10^-7 моль/л,

Щелочной раствор [H⁺] < 10^-7 моль/л.

Чтобы избежать неудобств, связанных с применением чисел с отрицательными показателями степени, концентрацию водородных ионов принято выражать через водородный показатель и обозначать символом рН.

Водородным показателем рН называют десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком:

рH = -lg[H⁺] или [Н⁺] = 10^-рН

где [Н⁺] - концентрация ионов водорода, моль/л.

Гидроксильным показателем рОН называют десятичный логарифм концентрации гидроксид-ионов, взятый с обратным знаком:

рОН = - lg [OH^-] или [ОН^-]=10^-рОН

где [ОН^-] - концентрация гидроксид-ионов, моль/л.

Тогда

рН + рОН=14; рОН=14 - рН.

Наглядно зависимость между концентрацией ионов водорода, величиной рН и реакцией раствора можно выразить схемой

Из схемы видно, что чем меньше рН, тем больше концентрация ионов Н⁺, т.е. выше кислотность среды; и наоборот, чем больше рН, тем меньше концентрация ионов Н⁺, т. е. выше щелочность среды.