Ионное произведение воды. Водородный показатель рН
Вода является очень слабым электролитом и в незначительной степени диссоциирует на ионы Н+ и ОН–:
Н2О Á Н+ + ОН–.
По закону действующих масс константа диссоциации равна:
Так как концентрация [Н2О] недиссоциированной воды много больше концентраций [H+] и [OH–] и остается практически постоянной, то и произведение K×[H2O] тоже является постоянной величиной; следовательно, можно ввести константу Кw, равную произведению концентраций ионов Н+ и ОН–, которую называют ионным произведением воды. Её величина постоянна в любом растворе при данной температуре и составляет, согласно опытным данным, при комнатной температуре 10–14 моль2/л2
Кw = [H+]∙[OH–] = 10–14. | (7.24) |
Из этого соотношения вытекает, что в любом водном растворе всегда присутствуют как ионы H+, так и ионы OH–. Зная концентрацию одного из ионов, [H+] или [OH-], легко рассчитать и концентрацию второго иона.
Удобнее вместо концентрации использовать десятичный логарифм концентрации ионов Н+, взятый с отрицательным знаком, называемый водородным показателем рН:
рН = –lg[H+]. | (7.25) |
Аналогично для концентрации ионов ОН– вводится понятие гидроксильного показателя pOH:
рОН = –lg [OH–]. | (7.26) |
Логарифмируя соотношение (7.24) и меняя знаки на обратные,
получим:
рН + рОН = 14. | (7.27) |
В нейтральных растворах: [H+] = [OH–] = 10–7 моль/л, рН = рОН = 7.
В кислых растворах: [H+] > [OH–], [H+] > 10–7 моль/л, рН < 7, рОН > 7.
В щелочных средах: [H+] < [OH–], [H+] < 10–7 моль/л, рН > 7, рОН < 7.
Концентрация ионов Н+ для одноосновной кислоты может быть выражена следующим образом:
, | (7.28) |
где С – молярная концентрация раствора кислоты, моль/л.
Пример 10. Концентрация ионов ОН– в растворе составляет 2,5∙10–6 моль/л. Каково значение рН раствора?