Электролитическая диссоциация воды. 
Водородный и гидроксидный показатели

Вода — слабый электролит. Ее диссоциация обратима:

В стандартных условиях (Т = 298 К, р = 101,3 кПа) диссоциация воды количественно характеризуется ионным произведением воды, которое выражают или в алгебраической (1.1), или логарифмической (1.2) формах:

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

Водородный показатель pH (пэ аш) — отрицательный десятичный логарифм активной концентрации катионов водорода:

Гидроксидный показатель рОН (пэ о аш) — отрицательный десятичный логарифм активной концентрации ионов гидроксида ОН^-. Математически рОН можно рассчитать по формуле.

где lgo (H⁺) и lga (OH^-) — десятичный логарифм активной концентрации ионов Н⁺ и ОН^- (соответственно). Преобразовав уравнения (1.3) и (1.4), получим уравнения, используя которые можно рассчитать активные концентрации ионов Н⁺ и ОН^-:

Активные концентрации этих ионов можно рассчитать и по формулам, полученным из (1.4):

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.

где с — молярная концентрация; а_д — степень электролитической диссоциации; К_л — константа диссоциации (сведения об этих величинах находят в справочниках).

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— Ю^-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. Следовательно, для нейтральной среды pH = 7; для кислой pH 7. Реакция среды имеет большое значение для протекания процессов, характерных для строительства. Например, процессы схватывания цемента оптимально протекают в сильнощелочной среде (pH > 12). В слабощелочной среде резко усиливается коррозия стальной арматуры. Кислотные дожди вызывают разрушение зданий и памятников искусства, изготовленных из карбоната кальция (известняка, мрамора и др.).

Задания для самостоятельной работы

• 1. Поясните, что такое реакция среды, и назовите показатели, которые определяют ее характер.
• 2. Поясните, почему любой водный раствор одновременно содержит ионы Н⁺ и ОН^-.
• 3. Рассчитайте pH раствора, если концентрация гидроксида натрия составляет 0,0001 моль/л, степень диссоциации щелочи — 100%(1). Ответ: pH = 10.
• 4. Поясните, какова роль реакции среды в строительной индустрии (на двух обоснованных примерах).