Диссоциация воды
Многие знают, что "бытовая" вода достаточно хорошо проводит электрический ток (достаточно вспомнить многочисленные кинофильмы, в которых один из героев погибает, находясь в ванной с водой, когда в нее падает, скажем, включенный электрический фен или другой электроприбор). Скорее всего, многие знают что "чистая" вода электрический ток, хоть и слабо, но тоже проводит (хотя в теории не должна). Данный парадокс объясняется диссоциацией воды, в процессе которой одна из водных молекул отдает свой протон, а другая - его принимает.
H2O ↔ H+ + OH-
Методом электрической проводимости ученые вычислили константу диссоциации воды:
Kд = ([H+]·[HO-])/[H2O] = 1,8·10-16 моль/л Kд·[H2O] = [H+]·[HO-]
- Kд - константа диссоциации воды;
- [H+], [HO-] - молярные концентрации ионов;
- [H2O] - молярная концентрация воды.
Произведение [H+]·[HO-] называют ионным произведением воды Kв.
Известно, что в 1 литре (1 кг) воды содержится 55,5 моль, отсюда:
Kв = [H+]·[HO-] = 1,8·10-16·55,5 = 1·10-14
Величина Kв зависит от температуры (Kв = 1·10-14 при 22°C), и повышается с ее увеличением (при постоянной температуре Kв является величиной также постоянной, как для чистой воды, так и для водрых растворов) - например при 100°C Kв = 5,9·10-13.
В чистой воде концентрации катионов водорода и гидроксид-ионов равны, поэтому при температуре 22°C будет справедливо следующее равенство:
[H+] = [HO-] = √10-14 = 10-7
Чистая вода является нейтральной средой ([H+] = [HO-]). При добавлении в чистую воду кислоты концентрация катионов водорода увеличится, вследствие чего динамическое равновесие диссоциации воды будет нарушено, а концентрация гидроксид-ионов уменьшиться настолько, чтобы Kв оставалось равным 10-14. (См. Химическое равновесие. Принцип Ле Шателье).
Аналогичная ситуация произойдет, если в чистую воду добавить щёлочь - концентрация гидроксид-ионов увеличится, а концентрация катионов водорода уменьшится, при этом Kв будет оставаться равным 10-14. Например, если концентрация [HO-] увеличится до 10-3, то концентрация [H+] упадет до 10-11.
Из сказанного выше понятно, что в кислых растворах концентрация [H+] больше 10-7, в щелочных меньше 10-7, в нейтральных равна 10-7. Соответственно, концентрация [HO-] в кислых растворах меньше 10-7, в щелочных больше 10-7, в нейтральных также равна 10-7.
Для количественной характеристики кислотности раствора "придумали" водородный показатель pH - отрицательный десятичный логарифм концентрации катионов водорода (подробнее см. Водородный показатель pH):
pH = -lg[H+]
Кислотность раствора определяют либо при помощи кислотно-основных индикаторов, либо при помощи pH-метров.
См. далее: Твердые вещества...
