2. Ионное произведение воды. Водородный показатель (рН).

В чистой воде в незначительной степени протекает электролитическая диссо­циация (автодиссоциация воды): Н₂О  Н⁺ + ОН^-;

По Бренстеду такая реакция называется автопротолизом воды: Н₂О + Н₂О Н₃О⁺ + ОН^-.

Свободные ионы водорода Н⁺ не способны к существованию в водном растворе, они мгновенно гидратируются водой до катионов оксония Н₃О⁺. Однако для простоты записи часто используется обозначение Н⁺.

В 1 л чистой воды при 25°С содержится 1•10^-7 моль катионов Н⁺(Н₃О⁺) и 1•10^-7 моль анионов ОН^-.

Между концентрациями ионов Н⁺ и ОН^- как в чистой воде, так и в разбавленных водных растворах имеется следующая взаимосвязь: С(Н⁺) + С(ОН^-) = const. т. е. при постоянной температуре произведение молярных концентраций ионов Н⁺ и ОН^- в воде и разбавленных водных растворах постоянно.

В приведенном выражении с учетом равновесного характера автодис­социации (автопротолиза) воды обычно записывают равновесные молярные концентрации, обозначаемые формулой иона, заключенной в квадратные скобки: [Н⁺] [ОН^-] = const.

Это произведение молярных концентраций ионов Н⁺ и ОН^-, постоянное при заданной температуре, называется ионным произведением воды и обо­значается Кв.

При 25 °С Кв.= 1•10^-7 (моль/л) * 1•10^-7 (моль/л) = 1•10^-14 моль²/л². Точные значения ионного произведения воды при различных температурах со­ставляют:

При 0°С – 0,1139•10^-14; 18°С – 0,5702•10^-14; 25°С – 1,008•10^-14; 30°С – 1,469•10^-14; 50°С – 5,474•10^-14; 60°С – 9,614•10^-14.

В водных растворах электролитов молярные концентрации ионов Н⁺ и ОН^- не обязательно равны 1•10^-7 моль/л (как в чистой воде), однако их произведение при 25°С всегда равно 1•10^-14. Следовательно, если задано значение [Н⁺], то легко определить и [ОН^-].

В кислых растворах преобладают ионы Н⁺:

[Н⁺] > 1•10^-7 моль/л и [ОН^-] < 1•10^-7 моль/л.

В щелочных растворах преобладают ионы ОН^-: [Н⁺] < 1•10^-7 моль/л и [ОН^-] > 1•10^-7 моль/л.

По предложению датского физико-химика Серенсена вместо значений [Н⁺] используют значения водородного показателя – рН.

Водородный показатель есть отрицательный десятичный логарифм чис­лового значения молярной концентрации катионов водорода, выраженной в моль/л:

рН = -lg[H⁺]

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

кислотная среда отвечает рН < 7,

нейтральная среда отвечает рН = 7,

щелочная среда отвечает рН > 7.

На практике для оценки рН разбавленных водных растворов, в которых [Н₃О⁺]  0,1 моль/л или [ОН^-]  0,1 моль/л, используется шкала рН от 1 до 13.

Значения рН растворов могут быть точно определены только электро­химическим путем. Для менее точной оценки рН используют кислотно-основ­ные индикаторы — вещества, которые резко изменяют свою окраску в опре­деленной области рН.

Наряду с значением рН используют гидроксильный показатель – рОН, значение которого определяется по формуле: рОН = -lg[OH].

Между водородным и гидроксильным показателями существует следующее соотношение:

рН+рОН=14.