Диссоциация воды. 
Водородный и гидроксидный показатели

Вода — слабый электролит. Ее диссоциация является обратимым процессом:

точнее, это уравнение имеет вид.

В целях упрощения используют первое уравнение. Количественно процесс диссоциации воды для стандартных условий характеризуется ионным произведением воды, которое выражают или в алгебраической (7.11), или логарифмической (7.12) формах:

где [Н⁺] и [ОН") — равновесные молярные концентрации (активности) ионов Н⁺ и ОН"; pH — водородный показатель; рОН — гидроксидный показатель.

Величины pH и рОН можно рассчитать по формулам.

где lg о (Н⁺) и lg а (ОН') — десятичный логарифм активной концентрации ионов Н⁺ и ОН" соответственно. Преобразовав уравнения (7.13) и (7.14), получим уравнения, используя которые рассчитывают активные концентрации ионов Н⁺ и ОН" :

Активные концентрации этих ионов можно рассчитать и по формулам, полученным из формулы (7.11):

считая при этом, что молярные концентрации ионов равны их активностям, т. е. а (Н⁺) = [Н⁺] (для ОН" аналогично).

Общую концентрацию ионов Н⁺ рассчитывают по формуле.

Степень диссоциации слабого электролита можно рассчитать по формуле (7.20) (преобразованная формула закона разбавления Оствальда):

Ионное произведение воды показывает, что в любом водном растворе содержатся ионы Н⁺ и ОН". В нейтральном растворе их концентрации одинаковы и для стандартных условий составляют 10″ ⁷ моль/л; в кислой среде с (Н⁺) больше с (ОН~), например 10″ ³ — 10″⁵ моль/л; в щелочной среде с (Н⁺) меньше с (ОН"), например 10~⁹, 10″¹² моль/л, и т. д. Расчет pH показывает, что в нейтральной среде он равен 7, в кислой — меньше 7, а в щелочной — больше 7.

Реакция среды имеет большое значение в природных процессах, в том числе и экологических. Характер процессов обмена веществ в организмах зависит от pH среды. Так, фермент слюны птиалин расщепляет крахмал в щелочной среде, а белки способны перевариваться в желудке только в кислой среде. Изменение pH на доли единицы делает невозможным реализацию тех или иных процессов. Подкисление почвенной жидкости в почве, на которой выращивают томаты, приводит к их угнетению, а то и к гибели. Кислотные дожди приносят вред растениям и животным ит. д.

• ? Задания для самостоятельной работы
• 1. Поясните, что такое ионное произведение воды; напишите формулы для разной характеристики ионного произведения воды.
• 2. Поясните, что характеризует ионное произведение воды с точки зрения наличия в водных растворах ионов водорода и гидроксида.
• 3. Поясните сущность терминов «водородный показатель», «гидроксидный показатель», что они характеризуют и какое практическое значение они имеют.
• 4. Рассчитайте pH раствора гидроксида натрия, если молярная концентрация щелочи составляет 0,0001 моль/л, а коэффициент активности — 1. Ответ: 10.
• 5. Установлено, что при pH 5,5 продукт считается высококачественным. Измерение концентрации ионов ОН^- показало, что она составляет 0,0001. Поясните, можно ли употреблять его в пищу; ответ обоснуйте.