Ионное произведение воды

Константы диссоциации слабых электролитов приводятся в справочниках. Слабыми электролитами являются гидроксид аммония и кислоты сероводородная, сернистая, азотистая, ортофосфорная, циановодородная, уксусная и ряд других.

Между степенью диссоциации (α), константой диссоциации (К) и молярной концентрацией раствора (C) существует взаимосвязь, установленная В. Оствальдом (1888). Эта взаимосвязь, которая называется законом разбавления Оствальда, выражается уравнением:

a ≈

Вывод закона разбавления Оствальда можно показать на примере циановодородной кислоты HCN, схема диссоциации и выражение константы диссоциации которой приведены выше.

Если молярная концентрация электролита равна C, а степень диссоциации α, то [H⁺] = [CN^–] = α∙C, а [HCN] = (1 – α)∙C и, следовательно,

К = =

Поскольку для слабых электролитов α << 1, то можно принять, что 1 – α ≈ 1. Тогда:

К ≈ a²∙С и a ≈

Вода является слабым электролитом. Схема её диссоциации и выражение константы диссоциации таковы:

Н₂О D Н⁺ + ОН^–;

При 25 ºС константа диссоциации воды составляет 1,821·10^–16, т.е. очень мала. По расчётам при этой температуре диссоциирует лишь одна из 55 млрд. молекул воды. Поэтому концентрацию воды считают постоянной и объединяют её с константой диссоциации воды в одну постоянную, обозначая её K_w или К(H₂O):

К_w = [Н⁺]∙[ОН^–] = К(H₂O)

Величина K_w называется ионным произведением воды. При 25 ºС масса одного литра воды равна 997,07 г, а молярная масса воды равна 18,0153 г/моль (точное значение), следовательно, концентрация воды [H₂O] равна 997,07: 18,0153 = 55,35 моль/л. Вычисляем ионное произведение воды при 25 ºС:

К_w = [Н⁺]∙[ОН^–] = К(H₂O) = 1,821·10^–16·55,35 = 1·10^–14

Постоянство ионного произведения воды означает, что как бы не менялись в водном растворе молярные концентрации ионов H⁺ и ОН^–, их произведение при каждой данной температуре остаётся неизменным.

В чистой воде концентрации ионов H⁺ и ОН^– одинаковы и равны по 10^–7 моль/л (при 25 ºС). Предположим, что к воде добавлена соляная кислота и её концентрация в растворе стала равна 0,001 моль/л. При этом, в соответствии с принципом Ле Шателье, равновесие диссоциации воды нарушится и пойдёт обратный процесс образования молекул Н₂О из ионов. При этом гидроксид-ионы ОН^– не исчезают из раствора совсем, но их концентрация с 10^–7 моль/л уменьшается до величины, которую можно вычислить из выражения для ионного произведения воды:

Если же к воде добавить щелочь и её концентрация составит, например, 0,02 моль/л, то концентрация Н⁺-ионов снизится с 10^–7 до 5·10^–13 моль/л.

Примечание. Диссоциация воды является эндотермическим процессом, поэтому, в соответствии с принципом Ле Шателье, при повышении температуры диссоциация воды и ионное произведение увеличиваются: при 0 ºС ионное произведение равно 1,1·10^–15, при 18 ºС – 5,7·10^–15, при 25 ºС – 1·10^–14, при 50 ºС – 5,5·10^–14, при 100 ºС – 5,9·10^–13.

Дата добавления: 2014-12-16