Ионное произведение воды. Водородный показатель

Вода – слабый электролит:

Н₂О Н⁺ + ОН^-

2Н₂О Н₃О⁺ + ОН^-

Количественно диссоциация воды описывается константой диссоциации:

Так как вода – очень слабый электролит, то концентрация недиссоциированных молекул может быть принята равной общему количеству молей воды в 1л, то есть Тогда

Величина называется ионным произведением воды.

В воде концентрации гидратированных ионов Н⁺ и ОН ^- равны:

При добавлении кислоты к воде увеличивается [Н⁺] и уменьшается [ОН^-]. При добавлении к воде щелочи концентрации ионов изменяются в обратном направлении.

Концентрация ионов водорода в растворе может служить мерой кислотности или щелочности среды. В кислых растворах [Н⁺] > 10^-7, в щелочных [Н⁺] < 10^-7.

Для удобства характеристики кислотности среды используют водородный показатель(рН).

рН – это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода.

рН = -lg[Н⁺].

Можно использовать и гидроксильный показатель:

рОН = -lg[OH^-]

Для нейтральной среды:

рН = -lg10^-7 = 7

pOH = - lg10^-7 = 7

Для кислых рН< 7, для щелочных рН> 7. Прологарифмировав полное ионное произведение воды получим:

lg [Н⁺] + lg [OH^-] = -14

рН + рОН = 14

рН имеет большое значение в медицине, пищевой промышленности, с/х, технологических процессах и т. д.

Например: в пищевой промышленности: показателем качества молочных продуктов, свежести яиц, мясных бульонов, консервов, соков и т. д. является рН.

Для точного определения рН используют приборы – рН-метры, в схеме которого используются стеклянные электроды, потенциал которых меняется в зависимости от концентрации ионов Н+ в исследуемом растворе.

Для приблизительного определения рН используют кислотно-основные индикаторы.

Кислотно-основные индикаторы – это вещества, которые изменяют окраску индикатора в зависимости от рН раствора.

Широко используются индикаторы, представляющие собой слабые органические кислоты или основания. Ионная и молекулярная формы, которых сообщают раствору различную окраску.

Например: индикатор метиловый оранжевый является слабой кислотой, в его растворе устанавливается равновесие между HInd-молекулами и Ind-ионами

красный желтый

При добавлении кислоты равновесие смещается в соответствии с принципом Ле-Шателье влево. Окраска становится красной. При добавлении щелочи ионы Н+ связываются в воду и равновесие смещается вправо – окраска становится желтой.

Существуют также различные виды индикаторной бумаги, в том числе универсальная индикаторная бумага, пропитанная смесью различных индикаторов, позволяющая определить рН в большом интервале от 1 до10.