4. Электролитическая диссоциация и ионное произведение воды

Вода является очень слабым электролитом. Её электролити­ческая диссоциация выражается равновесием:

Н₂О + Н₂О ⇄ Н₃О⁺ + ОН^–

или упрощённо

Н₂О ⇄ Н⁺ + ОН^– .

При температуре 295 К (22 °С) диссоциирует лишь одна из 5,56 · 10⁸ молекул воды и отсюда степень её электролитиче­ской диссоциации составляет α 1,8 · 10^–9.

Константа электролитической диссоциации воды при 22 °С равна:

. (4.1)

Это означает, что из 5,6 · 10⁸ молекул воды диссоциирована на ионы только одна. Следовательно, равновесную концентрацию недиссоциированной воды можно считать равной её исходной молярной концентрации, то есть числу молей Н₂О в 1 л воды:

= 18 моль/л . [Н₂О] = = 55,56 моль/л = const.

Объединив две посто­янные величины К_а и [Н₂О], получим новую постоянную, кото­рую называют ионным произведением воды:

= К_а[Н₂О] = [Н⁺][ОН^–] = соnst. (4.2)

Константа диссоциация воды может быть определена из выражения разбавления Оствальда (2.7):

К_а = α²[H₂О] = (l,8 · 10^–9)² · 55,6 = l,82 · 10^–16

Подставляя значения в выражение ионного произведения воды в (4.2) значение равновесной концентрации и константы диссоциации воды, находим, что

= К_а[Н₂О] = l,82 · 10^–16 · 55,56 = 1 · 10^–14

Ионное произведение воды – величина постоян­ная (при данной температуре) для воды и вод­ных растворов, равная произведению равновесных концентраций ио­нов водорода [Н⁺] и гидроксид-ионов [ОН^–].

Постоянство ионного произведения воды означает, что в лю­бом водном растворе – нейтральном, кислотном или основном – имеются и ионы водорода, и гидроксид-ионы, причём произ­ведение равновесных концентраций этих ионов всегда равно величине при данной температуре. Это позволяет рассчитывать концентра­цию ионов Н⁺ и ОН^– в водных растворах, используя следующие формулы:

[Н⁺] = и [ОН^–] = . (4.3)

Значения возрастают при увеличении температуры:

Т, °С	0	22	37	50	100
	0,13	1,0	3,1	5,6	7,4

В чистой воде равновесные концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов одинаковы, и при 22 °С их значения равны:

[Н⁺] = [ОН^–] = = = 10^–7 моль/л.

Характер водной среды^* определяется тем ионом (Н⁺ или ОН^–), концентрация которого преобладает. Для характеристики кислотности водных сред принято использовать величину мо­лярной концентрации ионов водорода [Н⁺] в этих средах.

Нейтральная среда характеризуется равенством концен­траций ионов водорода и гидроксид-ионов:

[Н⁺] = [ОН^–] = 1,0 · 10^–7 моль/л (при 22 ⁰С).

Кислотная среда характеризуется соотношением:

[Н⁺] > [ОН^–], то есть [Н⁺] > 10^–7 моль/л.

Основная среда характеризуется соотношением:

[Н⁺] < [ОН^–], то есть [Н⁺] < 10^–7 моль/л.

В практике реакцию водной среды принято характеризовать не молярной концентрацией ионов водорода, а водородным показателем.