Учебник для 11 класса

ХИМИЯ

§ 15.2. Диссоциация воды. Водородный показатель.
Среда водного раствора электролита

Вода, как было отмечено ранее, слабый электролит. Без учета гидратации ионов Н⁺ уравнение диссоциации воды имеет следующий вид:

Так как на ионы диссоциирует лишь незначительная часть молекул воды, то ее концентрацию [Н₂O] можно считать постоянной, и тогда

Установлено, что при 25 °С ионное произведение воды К_Н2О =10^-14

В разбавленных водных растворах электролитов, как и в воде, произведение концентраций ионов водорода Н⁺ и гидроксид-ионов ОН^- — величина постоянная при определенной температуре. Ионное произведение воды дает возможность вычислить концентрацию гидроксид-ионов ОН^- в любом водном растворе, если известна концентрация ионов водорода Н+, и наоборот.

Например, если [ОН^-] = 10^-9 моль/л, то [Н⁺] = = 10^-14/10^-9 = 10^-5 моль/л.

Среду любого водного раствора можно охарактеризовать концентрацией ионов водорода Н⁺ или гидроксид-ионов ОН^-.

Различают три типа сред: нейтральную, щелочную, кислотную.

Нейтральная — это среда, в которой концентрация ионов водорода равна концентрации гидроксид-ионов:

[Н⁺] = [ОН^-] = 10^-7 моль/л.

Кислотная — это среда, в которой концентрация ионов водорода больше концентрации гидроксид-ионов:

[Н⁺] > [ОН^-], [Н⁺] > 10^-7 моль/л.

Щелочная — это среда, в которой концентрация ионов водорода меньше концентрации гидроксид-ионов:

[Н⁺] < [ОН^-], [Н⁺] < 10^-7 моль/л.

Для характеристики сред растворов удобно использовать так называемый водородный показатель pH (пэ аш), введенный датским химиком Сёренсеном: «р» — начальная буква слова potenz — математическая степень, буква «Н» — химический знак водорода.

Например, если [Н⁺] = 10^-4 моль/л, то pH = 4,0, среда раствора кислотная; если [Н⁺] = 10^-10 моль/л, то pH = = 10,0, среда раствора щелочная; если [Н⁺] = 10^-7 моль/л, то pH = 7,0, среда нейтральная.

Чем меньше pH, тем больше концентрация ионов Н⁺, т. е. больше кислотность среды; и наоборот, чем больше pH, тем больше щелочность раствора. Наглядно зависимость между концентрацией ионов водорода, значением pH и реакцией среды раствора показана на схеме:

Существуют различные методы измерения pH. Качественно тип среды и pH водных растворов электролитов определяют с помощью индикаторов — веществ, которые обратимо изменяют свой цвет в зависимости от среды растворов, т. е. pH растворов. На практике, как вы знаете, для этого применяют такие индикаторы, как лакмус, метиловый оранжевый, фенолфталеин, универсальный.

Велика роль водородного показателя в самых различных явлениях и процессах — и в природе, и в технике. Многие производственные процессы в пищевой, химической и других отраслях промышленности, а также биологические процессы протекают лишь при определенной реакции среды.

Определенная реакция почвенного раствора необходима для нормального развития различных культур в сельском хозяйстве. Для снижения кислотности почв применяют известкование (внесение в почву карбонатов кальция и магния), для снижения щелочности — гипсование (внесение в почву молотого гипса). Во внутренней среде живых организмов значение pH постоянно. Так, желудочный сок при нормальной кислотности имеет pH = 1,7 (сильнокислотная среда), кровь — pH = 7,4 (слабощелочная), слезы — pH = 6,9 (слабокислотная, близка к нейтральной).