Дисоціація води. Йонний добуток води. Водневий показник

Вода є середовищем, в якому відбуваються різноманітні хімічні процеси. Вона є полярним розчинником і сприяє дисоціації багатьох розчинних в ній речовин. Хімічно чиста вода є слабким електролітом і подібно до кислот, основ і солей частково дисоціює на йони:

L або L

Старанно очищена вода має незначну електропровідність. Константа електролітичної дисоціації води, яка за законом діючих мас виражається рівнянням:

при 25⁰ С дорівнює 1,8 ^. 10^-16, а ступінь дисоціації води - 1,7^.10^-9. Враховуючи незначний ступінь дисоціації води (з 555 млн молекул тільки одна дисоціює на йони), концентрацію недисоційованих молекул можна вважати сталою: [H₂O] = const.

Тоді, рівняння можна представити:

,

де - йонний добуток води. Оскільки в 1л води знаходиться 1000 г: 18 г/моль = 55,56 моль Н₂О, то, підставивши це значення, а також чисельне значення константи дисоціації води в рівняння, одержимо:

(при 25⁰С)

Отже, в будь-якому водному розчині при сталій температурі добуток концентрацій йонів Гідрогену і гідроксид-йонів є величиною сталою:

(моль/л)²

Дослід показує, що дисоціація води – ендотермічний процес, тому у відповідності з принципом Ле Шательє при підвищенні температури рівновага зсувається в бік утворення йонів, і йонний добуток води збільшується. Наприклад, при температурі 60⁰ .

Якщо моль/л – середовище нейтральне

моль/л – середовище кисле

моль/л – середовище лужне

Ступінь кислотності або лужності виражають водневим показником рН і гідроксидним показником – рОН.

Водневим показником рН називають десятковий логарифм концентрації йонів Гідрогену, взятий з оберненим знаком:

Гідроксидним показником рОН називають десятковий логарифм концентрації гідроксид-йонів, взятий з оберненим знаком:

Поняття „водневий показник” було введене датським хіміком Серенсеном в 1909 р. Буква „ р ” – перша буква датського слова potenz – математичний ступінь, буква Н – символ Гідрогену.

Для абсолютно чистої води при 25⁰С рН = - lg10^-7 = 7. В кислих розчинах рН < 7, в лужних рН > 7.

Прологарифмувавши рівняння йонного добутку води, помінявши знаки на протилежні і замінивши на , одержимо:

.

Кожний йон відіграє особливу роль в різних біологічних процесах, однак водневі йони займають особливе положення серед інших. Концентрація водневих йонів є однією з найважливіших констант внутрішнього середовища організму. Так, рН крові людини дорівнює 7,36. Найменше відхилення від цього значення веде до серйозних порушень життєдіяльності.

Концентрація водневих йонів має велике значення в життєдіяльності різних мікроорганізмів. Наприклад, бактеріальний процес засвоєння атмосферного азоту бактеріями на коренях бобових рослин відбувається при певному значенні рН грунту, приблизно 7,2; дифтерійний мікроб розвивається при рН в межах 7,3-7,6, а кишковий мікроб – при рН 6-7.

Використання рослинами різних поживних елементів з грунту також значною мірою залежить від рН середовища. Так, дослідженнями Д.М.Прянишнікова було встановлено, що нітратний Нітроген (NO₃^-) краще засвоюється рослинами в слабкокислому середовищі при рН приблизно 5, а Нітроген амонійний NH₄⁺ краще засвоюється в нейтральному середовищі при рН 7. Відношення вищих рослин до рН грунту також різне. Для кожної рослини встановлена найбільш оптимальна реакція середовища.

Наприклад, для картоплі –5, для жита – 5-6, для пшениці – 6-7, гороху – 6-7, буряка – 7, кукурудзи – 7 і т.ін.

Нейтральну реакцію з невеликими відхиленнями мають чорноземи; підзолисті, дерново-підзолисті та болотяні грунти мають, як правило, кисле середовище; засолені грунти – лужне середовище. Надлишкову кислотність усувають вапном Са(ОН)₂, а надлишкову лужність – гіпсом СaSO₄ ^. 2Н₂О.

Не менш важливе значення має реакція середовища і в області технічної біохімії і хімічної технології. Наприклад, контроль технологічного процесу і якості готової продукції за величиною рН має велике значення в харчовій, м’ясній, молочній промисловості. Під впливом рН можуть змінюватись розчинність, поверхневий натяг, осмотичний тиск і інші властивості. Ось чому визначення рН знайшло застосування в хімії, біології, агрохімії, медицині і в інших галузях науки і практики.

Число вільних гідратованих йонів Гідрогену визначає так звану активну кислотність, а число вільних гідроксид-йонів – активну лужність.

Дата добавления: 2015-05-24