Электролитическая диссоциация воды. 
Ионное произведение воды

Среди слабых электролитов вода занимает особое место. Она растворитель и важнейший элемент природной среды, определивший саму структуру химии и жизни на нашей планете. Вода — один из самых сложных объектов химии. Структурирующие ее водородные связи обладают энергией, которая хотя и не обеспечивает строгой регулярности расположения молекул как в кристаллах, но не допускает и большого термодинамического хаоса. Картина усложняется тем, что вода самопроизвольно диссоциирует на ионы. Они, в свою очередь, вступают во взаимодействие с молекулами воды и их ассоциатами. В итоге все это приводит к тому, что жидкая вода имеет сложную и динамичную структуру.

В последнее время проводятся многочисленные теоретические квантовохимические расчеты возможных структур крупных водных кластеров. Из-за наличия в них большого числа мобильных водородных связей такие кластеры могут обладать удивительными свойствами, среди которых не исключается и свойство служить элементом памяти квантовых компьютеров.

Рассмотрим простейшую модель жидкой воды, состоящей только из отдельных молекул Н₂0. В этом случае диссоциацию воды можно описать схемой

Запишем константу равновесия этого процесса:

Поскольку степень диссоциации воды чрезвычайно мала, то молярная концентрация воды в воде ^н₂о практически неизменна и равна 55,56 моль/л, а потому может быть перенесена в левую часть как константа:

Константа К_шт называется ионным произведением воды. При температуре 25 °C оно равно 10 ¹⁴ моль²/л². При увеличении температуры К_вод значительно возрастает (табл. 14.4).

Таблица 14.4

Зависимость ионного произведения воды от температуры.

Прологарифмируем полученное выражение:

Из уравнения диссоциации воды следует С_н+ = С_он, поэтому для нейтральных растворов можно записать:

Величина отрицательного десятичного логарифма молярной концентрации катионов водорода называется водородным показателем среды и обозначается pH:

Величина отрицательного десятичного логарифма молярной концентрации анионов гидроксила называется гидроксильным показателем среды и обозначается рОН:

Из сказанного очевидно, что.

Для нейтральной среды pH = 7, для кислой pH 7.

Подчеркнем, что вода со значением pH = 7 — очень дорогой химический реактив. Обычная вода содержит соли (минерализация) и растворенные газы (особенно влияет на pH содержание углекислого газа). Норматив на питьевую воду предусматривает в довольно широких пределах возможность колебаний pH:

• • в странах ЕС: 6,5—9,5;
• • в США: 6,5−8,5;
• • рекомендация ВОЗ: 6,5—8,5;
• • в России: 6,0—9,0.

Вариации содержания катиона водорода в питьевой воде могут различаться в 100 (США) и даже в 1000 раз (Россия). Для утоления жажды употребляется и более кислая вода. Так, если насытить воду углекислым газом при атмосферном давлении, то pH полученной «газировки» будет равен 3,7. Такую кислотность имеет примерно 0,0007%-ный раствор соляной кислоты, а желудочный сок человека намного кислее (в среднем pH = 1,6). Значения pH некоторых растворов приведены в табл. 14.5.

Таблица 14.5

Значения pH некоторых растворов.

Окончание табл. 14.5

Источник: http://ru.wikipedia.org/wiki/PH.