Ионное произведение воды. Водородный показатель

Химически чистая вода является очень слабым электролитом, т.к. весьма незначительная часть ее молекул диссициирована на ионы:

H₂O ↔ H⁺ + OH^-.

При постоянной температуре произведение молярных концентраций ионов H⁺ и OH^- в воде и разбавленных водных растворах остается постоянным. Это произведение называют ионным произведением воды и при 25⁰С оно равно 10^-14:

где и - молярные концентрации ионов H⁺ и OH^- соответственно.

Это важная постоянная, которая позволяет по значению найти и наоборот.

Концентрация ионов H⁺ в воде и разбавленных водных растворах очень мала. Поэтому для удобства расчетов используют водородный показатель pH, который равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода в растворе:

Следовательно

Значение водородного показателя и характер среды представлены в таблице 1.

Таблица 1. Водородный показатель и характер среды.

Значение pH	Характер среды	Соотношение ионов
1˂pH˂7	кислая	[H+]>[OH-], [H+]>10-7 моль/л
pH = 7	нейтральная (химически чистая вода)	[H+] = [OH-] = 10-7 моль∕л
7˂pH˂14	щелочная	[H+]<[OH-], [H+-]<10-7 моль/л

Для определения характера среды применяют индикаторы – вещества, изменяющие свою окраску в зависимости от концентрации катиона водорода. Окраска некоторых индикаторов представлена в таблице 2.

Таблица 2. Окраска некоторых индикаторов

Индикатор	Окраска в кислой среде	Окраска в щелочной среде
Фенолфталеин Метилоранж Универсальный	Бесцветная Красная Красная	Малиновая Желтая Синяя

 

С помощью универсального индикатора можно приблизительно (с точностью до единицы) оценить величину pH раствора. Точное значение pH (до 0,01 единицы) измеряют с помощью прибора pH-метра.

В организме человека pH крови составляет примерно 7,4, желудочный сок имеет pH = 1-2, pH морской воды находится в интервале 7,6 – 8,4, растворов моющих средств – в интервале 12-14, котловая вода pH = 10.

Гидролиз солей

Гидролиз – это взаимодействие соли с водой, которое приводит к образованию слабого электролита и изменению характера среды. Соли являются продуктами взаимодействия кислот и оснований между собой. Соли – сильные электролиты, в водных растворах они полностью диссоциированы. Если один из ионов соли способен реагировать с водой с образованием слабого электролита, то в растворе появляется избыток свободных катионов водорода H⁺ или гидроксильных групп OH^-, изменяется характер среды (pH#7), происходит гидролиз. Взаимодействуют с водой с образованием слабого электролита катионы слабых оснований и анионы слабых кислот.

По отношению к гидролизу соли делятся на четыре группы в зависимости силы основания и кислоты, образующих соль.

1. Соли сильного основания и сильной кислоты гидролизу не подвергаются (оба иона образуют с водой сильные электролиты). Растворы таких солей нейтральны (pH=7):

NaCl + HOH≠

2. Соли сильного основания и слабой кислоты создают в растворе щелочную среду(pH>7). Анион слабой кислоты образует с водой слабый электролит, идет гидролиз по аниону:

CO₃^2- + HOH ↔ HCO₃^- + OH^- - ионное уравнение гидролиза.

Na₂CO₃ + HOH ↔ NaHCO₃ + NaOH – молекулярное уравнение гидролиза;

3. Соли сильной кислоты и слабого основания создают в растворе кислую среду (pH<7). Катион металла образует с водой слабый электролит, идет гидролиз по катиону:

Zn²⁺ + HOH ↔ ZnOH⁺ + H⁺ - ионное уравнение гидролиза.

ZnCl₂ + HOH ↔ ZnOHCl + HCl – молекулярное уравнение гидролиза;

4. Соли слабой кислоты и слабого основания сильно гидролизуются. Характер среды близок к нейтральной (pH≈7) и зависит от соотношения силы кислоты и основания, образующих данную соль.

Соли очень слабых (амфотерных) оснований и очень слабых кислот подвергаются полному гидролизу, т.е. разлагаются на основание и кислоту:

Al₂S₃ + 3H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑

Таким образом, если кислота и основание, образующие соль, отличаются по силе, раствор соли имеет ту же среду, что и сильный электролит.

Для определения характера среды в растворе соли удобно пользоваться таблицей 3.

Таблица 3. Характер среды в растворах солей.

Основание	Кислота	pH раствора соли
сильное	сильная	pH=7 (нейтральная среда)
сильное	слабая	pH>7 (щелочная среда)
слабое	сильная	pH<7 (кислая среда)
слабое	слабая	pH≈7 (близкая к нейтральной среда)

 

Гидролиз – обратимый процесс. Гидролиз усиливается (равновесие сдвигается вправо), при повышении температуры и уменьшении концентрации соли, т.е. при разбавлении раствора.