Ионное произведение воды

Вода является очень слабым амфотерным электролитом:

2H₂  H₃O⁺ + OH^- ; H  56 кДж.

Свободные ионы водорода H не способны к существованию в водном растворе - они мгновенно гидратируются водой до катионов оксония (H₃O⁺).

Однако, для простоты записи часто используют обозначение H⁺:

H₂O  H⁺ + OH^-.

Константа диссоциации воды равна:

= 1,810^-16 при 25 С

В воде и разбавленных водных растворах электролитов молярная концентрация воды практически постоянна и равна

C = = 55,6 моль/л,

где 1000 - масса 1 л воды, г; 18 - молярная масса воды, г/моль.

Поэтому можно считать постоянным произведение:

K[H₂O] = [H⁺][OH^-] = 1,810^-16 55,6 = 110^-14 (моль/л)

Произведение равновесных концентраций ионов водорода и гидроксила в воде и разбавленных водных растворах (при постоянной температуре) есть величина постоянная - ионное произведение воды (K_В).

K = [H⁺][OH^-] = 110^-14 при 25 С

При увеличении температуры K_В значительно возрастает:

t, С 0 18 25 30 50 60

K10¹⁴ 0,1139 0,5702 1,0008 1,469 5,474 9,614

Следовательно, в чистой воде при 25 С

[H⁺] = [OH^-] = 110^-7 моль/л.

В водных растворах электролитов молярные концентрации ионов H⁺ и OH^- не обязательно равны 10 моль/л (как в чистой воде), но их произведение при 25 С всегда равно 110^-14. Следовательно, если задано значение [H⁺], то легко определить и [OH^-], и наоборот:

В кислых растворах преобладает концентрация ионов H⁺:

[H⁺] > [OH^-], т.е. [H⁺] > 110^-7 и [OH^-] < 110^-7 моль/л.

В основных растворах преобладает концентрация ионов [OH ]:

[OH^-] > [H⁺], т.е. [OH^-] >110^-7 и [H⁺] < 110^-7 моль/л.

Для удобства вместо значений [H⁺]

используют водородный показатель pH.

Водородный показатель - отрицательный десятичный логарифм числового значения молярной концентрации ионов водорода:

pH = -lg[H⁺]

По аналогии используют гидроксильный показатель (pOH):

pOH = -lg[OH^-]

Величина pH используется как мера кислотности, нейтральности или основности водных растворов:

в кислой среде pH < 7,

в нейтральной среде pH = 7,

в основной среде pH > 7.

Значение pH может быть больше 14 или отрицательным (очень кислая среда).

Существуют различные методы определения концентрации ионов водорода (и, соответственно, гидроксид-ионов).

Один из простейших методов основан на использовании кислотно-основных индикаторов.

В качестве таких индикаторов служат органические кислоты и основания, которые резко изменяют свою окраску в определенном узком интервале pH. Обычно стараются подобрать индикатор с узким интервалом перехода (не более двух единиц pH).

Часто используют смеси индикаторов - универсальные индикаторы, которые способны многократно изменять окраску: определенному интервалу pH (иногда узкому, до 0,2 единиц) отвечает характерная окраска, присущая одному из индикаторов смеси.

Окраска важнейших кислотно-основных индикаторов в различных средах

Индикатор	Цвет индикатора в различных растворах
	кислый р-р	нейтральный р-р	основный р-р
Метиловый оранжевый	красный рН < 3,1	оранжевый 3,1 < pH < 4,4	желтый рН > 4,4
Лакмус	красный рН < 5	фиолетовый 5 < pH < 8	синий рН > 8
Фенолфталеин	бесцветный рН < 5	бледно-малиновый 8,0 < pH < 9,8	малиновый рН > 9,8