Ионное произведение воды. Водородный показатель (pH раствора)

Вода — слабый электролит, который незначительно диссоциирует на ионы Н+ и ОН-:
Н2OН++ОН-
Константа диссоциации воды:
KD= [H+][OH-]/[H2O]                                                                    (3)
была вычислена при помощи измерений по электрической проводимости: KD=1,810-16. Такое значение KD указывает на крайне незначительную диссоциацию воды. Следовательно, концентрацию воды [Н2О] в знаменателе выражения (3) можно считать величиной постоянной и равной
[Н2O]=(1000 г/л)/(18г/моль) =5,56 моль/л и
[Н2О]•KD=55,56•1,8•10-16=l0-14
Величина KW=KD•[Н2О]=10-14 называется ионным произведением воды и является константой как для чистой воды, так и для разбавленных растворов. Ионное произведение воды увеличивается при повышении температуры.
Можно также записать:
KW=[Н+][ОН-]                                                                            (4)
Из этого выражения для ионного произведения воды видно, что в чистой воде концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода равна:
[Н+]=[ОН-]=KW =10-14 =10-7 моль/л
Если разбавленный раствор содержит больше ионов водорода, чем 10-7 моль/л, то соответственно концентрация гидроксид-ионов уменьшится во столько раз, во сколько увеличилась концентрация ионов Н+. Это следует из уравнения (4).
Концентрация ионов водорода и гидроксид-ионов важна в химии растворов, поэтому была введена специальная величина — водородный показатель, или pH. По определению, водородный показатель есть обратный логарифм концентрации ионов H+:
pH=-lg[H+].
pH чистой воды равен -lg10-7=7. Если в растворе концентрация ионов Н+ больше, чем 10-7 моль/л, то pH такого раствора будет меньше 7, что является показателем кислой среды раствора, Если же [Н+]<10-7 моль/л, то pH>7, и раствор имеет щелочную реакцию.
 

Для определения среды растворов используются приборы, называемые pH-метрами. Быстрый анализ можно провести, если в исследуемый раствор добавить одну-две капли кислотно-основного индикатора, т.е. такого вещества, которое под действием ионов Н+ и ОН- может резко изменять свою окраску. Изменения окрасок наиболее распространенных индикаторов приведены ниже.