Водородный показатель

Вода – очень слабый электролит. Уравнение диссоциации воды

H₂O ⇄ H⁺ + OH^-

Константа диссоциации этого процесса определена экспериментально:

K_д = = 1,8×10^-16. (1)

Степень диссоциации воды очень мала, поэтому концентрация недис-социированных молекул воды практически равна общей концентрации воды. Концентрацию молекул воды можно рассчитать, разделив массу 1 л воды на массу ее моля:

[H₂O] = = 55,5 моль/л.

Подставляя в уравнение (1) величины K_д и [H₂O], будем иметь для стандартных условий

[H⁺]×[OH^-] = 10^-14.

Произведение концентратов ионов водорода и гидроксид-ионов в воде (ионное произведение воды), обозначаемое K_w, при данных условиях является величиной постоянной:

K_w = [H⁺]×[OH^-] = 10^-14.

В чистой воде [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 моль/л. Если, например, к чистой воде добавить столько кислоты, чтобы концентрация ионов H⁺ повысилась до 10^-3 моль/л, то концентрация гидроксид-ионов понизится и произведение [H⁺]×[OH^-] останется равным 10^-14. Следовательно, в этом растворе концентрация гидроксид-ионов будет следующей:

[OH^-] = = 10^-11 моль/л.

И, наоборот, если добавить к воде щелочь и повысить концентрацию гидроксид-ионов, например до 10^-5 моль/л, то концентрация ионов водорода

[H⁺] = = 10^-9 моль/л.

Таким образом, чтобы охарактеризовать реакцию среды любого водного раствора, достаточно указать лишь концентрацию ионов H⁺ (или OH^-). На практике за такой показатель была принята концентрация ионов H⁺. В нейтральном растворе [H⁺] = 10^-7 моль/л, в кислом [H⁺] > 10^-7 (например 10^-4, 10^-6), в щелочном [H⁺] < 10^-7 (например 10^-8, 10^-9).

Для удобства концентрацию H⁺ характеризуют водородным показателем рН:

рН = -lg[H⁺].

В нейтральном растворе рН = 7, в кислотном рН < 7, в щелочном рН > 7.

Задача 1. Концентрация гидроксид-ионов равна 0,00001 моль/л. Опреде-лить концентрацию ионов водорода и рН раствора.

Решение. [OH^-] = 0,00001 = 1,0×1,0^-5 моль/л. Используя выражение ионного произведения воды, рассчитаем концентрацию ионов водорода:

[H⁺] = = 10^-9 моль/л.

рН представляет собой десятичный логарифм концентрации водородных ионов в растворе, взятый с обратным знаком: рН = -lg[H⁺]. Подставим значение [H⁺] = 10^-9 моль/л в формулу и определим водородный показатель раствора: рН = -lg10^-9 = 9.

Задача 2. Приготовили 0,01М раствор NaOH. Чему равна [OH^-]? Вычислите [H⁺].

Решение.

1. Если считать, что NaOH диссоциирует на 100 %, то [OH^-] = 10^-2 моль/л.

2. [H⁺]×[OH^-] = 10^-14, откуда [H⁺] = = 10^-12 моль/л.

Задача 3. Определить [H⁺] для раствора с рН = 5. Какой это раствор - кис-лый или щелочной?

Решение. Поскольку рН = -lg[H⁺] и известно, что рН = 5, то [H⁺] = 10^-5 моль/л, раствор кислый, т.е. рН < 7.

Дата добавления: 2015-01-03