Дисоціація води
Багато хто знає, що “побутова” вода досить добре проводить електричний струм. Швидше за все, багато хто знає що “чиста” (дистильована) вода електричний струм, хоч і слабо, але теж проводить (хоча в теорії не повинна). Даний парадокс пояснюється дисоціацією води, в процесі якої одна з водяних молекул віддає свій протон, а інша – його приймає.
Константа дисоціації води
Методом електричної провідності вчені вирахували константу дисоціації води:
- Kд – константа дисоціації води;
- [H+], [HO–] – молярні концентрації іонів;
- [H2O] – молярна концентрація води.
Добуток [H+]·[HO–] називають іонним добутком води Kв.
Відомо, що в 1 літрі (1 кг) води міститься 55,5 моль, звідси:
Величина Kв залежить від температури (Kв = 1·10-14 при 22°C), і підвищується з її збільшенням (при постійній температурі Kв є також величиною постійної, як для чистої води, так і для водних розчинів) – наприклад при 100°C Kв = 5,9·10-13.
У чистій воді концентрації катіонів водню та гідроксид-іонів рівні, тому при температурі 22°C буде справедлива наступна рівність:
pH води
Чиста вода є нейтральним середовищем ([H+] = [HO–]). При додаванні до чистої води кислоти концентрація катіонів водню збільшиться, внаслідок чого динамічна рівновага дисоціації води буде порушена, а концентрація гідроксид-іонів зменшиться настільки, щоб Kв залишалося рівним 10-14. (Див. Хімічна рівновага. Принцип Ле Шательє).
Аналогічна ситуація станеться, якщо в чисту воду додати луг – концентрація гідроксид-іонів збільшиться, а концентрація катіонів водню зменшиться, при цьому Kв залишатиметься рівним 10-14. Наприклад, якщо концентрація [HO–] збільшиться до 10-3, то концентрація [H+] впаде до 10-11.
Зі сказаного вище зрозуміло, що в кислих розчинах концентрація [H+] більше 10-7, в лужних менше 10-7, в нейтральних дорівнює 10-7. Відповідно, концентрація [HO–] у кислих розчинах менше 10-7, у лужних більше 10-7, у нейтральних дорівнює 10-7.
Для кількісної характеристики кислотності розчину “вигадали” водневий показник pH – негативний десятковий логарифм концентрації катіонів водню (докладніше див. Водневий показник pH):
Кислотність розчину визначають або за допомогою кислотно-основних індикаторів або за допомогою pH-метрів.