Розвиток періодичного закону д. І. Менделєєва і будова атома

Вода — дуже слабкий електроліт, який частково дисоціює на гідроксид-іони ОН - та йони Гідрогену Н +:

Застосувавши до рівняння дисоціації води закон дії мас, дістанемо

Де — константа дисоціації води; [Н2О] — концентрація недисоційова-них молекул води, що перебувають у стані рівноваги з йонами Гідрогену і гідроксид-іонами.

Оскільки дисоційованих молекул води надзвичайно мало, порівняно із загальною кількістю молекул води, ними можна знехтувати. Отже, концентрацію не дисоційованих молекул води можна вважати сталою величиною, яку легко обчислити. Для цього слід масу 1 л води поділити на її молярну масу:

і тоді

[Н+][ОН-] = 1,8 • 10-16 • 55,56 10-14; = 10-14.Отже, добуток концентрацій йонів Гідрогену і гідроксид-іонів за сталої температури є сталою величиною. Ця величина /н 0 називається йонним добутком води. За температури 22 °С = 10-14. Значення йонного добутку води змінюється із зміною температури, оскільки з підвищенням температури ступінь дисоціації води зростає. Так, за температури 100 °С йонний добуток води становить 0,58 • 10-12.

У чистій воді концентрація йонів Гідрогену дорівнює концентрації гідроксид-іонів:

Якщо до води добавити розчин якої-небудь кислоти, тобто ввести додаткову кількість йонів Гідрогену, то стан йонної рівноваги води порушиться. Збільшення концентрації йонів Гідрогену приведе до відповідного зменшення концентрації гідроксид-іонів, а добуток концентрацій цих йонів залишиться сталою величиною. Так, в 0,001 М розчині хлоридної кислоти концентрація йонів Гідрогену дорівнює загальній концентрації кислоти , тобто [Н+]= 10-3 моль/л. Концентрацію гідроксид-іонів можна обчислити за рівнянням

звідки

моль/л.

У розчинах лугів концентрація йонів Гідрогену значно менша, ніж концентрація гідроксид-іонів. У 0,001 М розчині їдкого натру концентрація гідроксид-іонів [ОН -] = 10-3 моль/л, а концентрація йонів Гідрогену

моль/л.

Отже, в нейтральному середовищі [Н+] = [ОН -] = 10-7 моль/л, у кислому — [Н+] > [ОН -] (тобто становить 10~6, 10~5, КГ4, ... моль/л), у лужному [Н+] < [ОН -] (тобто [Н+] = 10-8, 10-9, 10-10,... моль/л).

Значно зручніше оперувати не справжнім значенням концентрації йонів Гідрогену, яке виражається малим дробовим числом, а логарифмом цієї величини. Виражати концентрацію йонів Гідрогену за показником степеня, тобто як логарифм концентрації йонів Гідрогену, взятий з протилежним знаком, і позначити цю величину символом рН (так званий водневий показник) було запропоновано на початку XX ст. Математично це записується так:

рН =-lg [Н+].

Аналогічно концентрацію гідроксид-іонів також виражають за показником степеня їх концентрації — рОН:

рОН = -lg [OH -].

Водні розчини бувають кислі, нейтральні та лужні. В нейтральному водному розчині [Н+] = 10-7 моль/л, рН = -lg 10-7 = 7, у кислому — [Н+] > 10-7 моль/л (10-6, 10-5, 10-4 тощо і відповідно рН дорівнює 6, 5, 4 і т. д.); у лужному розчині [Н+] < 10-7 моль/л (10-8, 10-9, 10-10 тощо, а рН відповідно дорівнює 8, 9, 10 і т. д.).