Дисоціація води. Йонний добуток води

Експериментально встановлено, що чиста вода проводить електричний струм. Це свідчить про те, що молекули води частково дисоціюють на йони (слабкий елек­троліт):

На основі закону дії мас константа електролітичної дисоціації води має такий ви­гляд:

де [Н₂О] — рівноважна концентрація недисоційованих молекул води.

Одним із способів визначення ступеня електролітичної дисоціації води є метод електропровідності. Визначений таким способом, він дорівнює 1,8 • 10^-6. Таке зна­чення ступеня дисоціації води є показником того, що число молекул, які розпадають­ся на йони, надзвичайно мале. Тому рівноважну концентрацію води можна вважати сталою величиною [Н₂О] = const, яка дорівнює її молярній концентрації. Чисельно молярну концентрацію води знаходять, поділивши масу 1 л води на її молярну масу:

— стала за певної температури величина, яку називають йонним добутком води. Зі зміною температури йонний добуток води також змінюється. Наприклад:

У чистій воді концентрація гідроксид-іонів дорівнює концентрації йонів Гідроге­ну. За температури 25 °С концентрація цих йонів така:

Це дає змогу обчислити концентрацію йонів Н або ОН, якщо одна з цих величин відома:

Концентрація йонів Н⁺ характеризує кислотність середовища, яку для зручності виражають значенням водневого показника, або, точніше, показника йонів Гідроге­ну (рН).

Прийнято, що рН = -lg[H⁺], тобто рН — це десятковий логарифм молярної кон­центрації гідроген-іонів, взятий з протилежним знаком.

Аналогічно рОН називають гідроксильним показником і виражають рівнянням: рОН = -lg[OH^-]. Прологарифмувавши вираз [Н⁺][ОН^-] = 10^-14, отримуємо:

 

Висновки:

[Н⁺][ОН^-] = 10^-14, тобто [Н⁺][ОН^-] ≠0, тому [Н⁺] ≠0 та [ОН^-] ≠0, тобто в розчині завжди містяться йони як Н⁺, так і ОН^- незалежно від середовища;

[Н⁺][ОН^-] = const, тому як би не змінювалася концентрація [Н⁺] чи [ОН^-], їх добу­ток залишається величиною сталою за певної температури в будь-якому водному розчині;

зміна концентрації [Н⁺] зумовлює зміну [ОН^-] (наприклад, зменшення [Н⁺] супро­воджується збільшенням числа [ОН^-]).

За відомим значенням рН можна оцінити кислотність будь-якого розчину (табл. 1.5).

 

 

Слід зазначити, що у водному розчині рН практично змінюється в інтервалі від 0 до 14. Величину рН можна обчислити теоретично, якщо відома концентрація йонів Гідрогену, або визначити експериментально за допомогою приладів, які називають рН-метрами.

Кислотно-основний стан (КОС) — це співвідношення концентрацій катіонів Гідрогену (Н⁺) та гідроксид-іонів (ОН") у біологічних середовищах. Катіони Н⁺ ство­рюють кислу реакцію, а гідроксид-іони ОН^- — лужну реакцію середовища.

Кислотність біосередовища, яку кількісно оцінюють за величиною рН, є характе­ристикою багатьох важливих процесів життєдіяльності організму. Від цієї величини залежить функція клітин, тканин, органів та організму людини загалом. Кожна фізіологічна рідина — шлунковий сік, кров, сік підшлункової залози тощо — харак­теризується певною кислотністю, яка може змінюватись у вузькому інтервалі рН (табл. 1.6). Відхилення значення рН від норми (особливо це стосується крові) може бути причиною тяжких патологічних станів.

 

Таблиця 1.6. Кислотно-основний стан у біологічних рідинах

Середовище	Значення рН	Можливі коливання
Шлунковий сік	1,0	0,9—1,1
Сеча	5,8	5,0—6,5
Жовч печінки	7,35	6,2—8,5
Плазма крові	7,36	7,25—7,44
Спинномозкова рідина	7,6	7,35—7,8
Сік підшлункової залози	8,8	8,6—9,0

Кислотність шлункового соку та інших біорідин є важливим діагностичним кри­терієм деяких захворювань.

Регуляторними системами, що забезпечують сталість рН крові, є буферні системи крові й тканин та фізіологічні системи організму. До останніх насамперед належать діяльність легень і видільна функція нирок.

Наслідки зміщення рН для організму:

□ зміна ступеня дисоціації електролітів;

□ порушення діяльності ЦНС;

□ порушення комплексоутворення;

□ порушення нервово-м'язової збудливості;

□ при зміні рН в кислий бік пригнічується робота майже всіх ферментів (за винят­ком деяких протеолітичних);

□ зміна рН крові на ± 0,4 спричинює смерть.