Водородный показатель. Ионное произведение воды

Водородный показатель (рН) величина, характеризующая актив­ность или концентрацию ионов водорода в растворах. Водородный показатель обозначается рН.
Водородный показатель численно равен отрицательному десятичному  логарифму активности или концентрации ионов водорода, выраженной в молях на литр:
pH=-lg[ H+ ]
В воде концентрация ионов водорода определяется электролитической диссоциацией воды по уравнению
H2O=H++OH- 
Константа диссоциации при 22° С составляет
 
Пренебрегая незначительной долей распавшихся молекул, можно концентрацию недиссоциированной части воды принять равной обшей концентрации воды, которая составляет: С[H2O ]=1000/18=55,55моль/л.
Тогда: 

C[ H+ ] ·C[ OH- ]=K·C[H2O]=1,8·10-16·55,55=10-14
Для воды и ее растворов произведение концентраций ионов Н+ и ОН- величина постоянная при данной температуре. Она называется ионным произведением воды КВ и при 25° С составляет 10-14.
Постоянство ионного произведения воды дает возможность вычислить концентрацию ионов H+если известна концентрация ионов OH-
и наоборот:    .
Понятия кислая, нейтральная и щелочная среда приобретают количественный смысл.
В случае, если [ H+ ] =[ OH- ]эти  концентрации (каждая из них) равны  моль/л, т.е [ H+ ] =[ OH- ]=10-7моль/л и среда нейтральная, в этих растворах 
pH=-lg[ H+ ]=7 и  рОН=-lg[ OH-]=7
Если [ H+ ]>10-7моль/л, [ OH-]<10-7моль/л -среда кислая; рН<7.
Если [ H+ ]<10-7 моль/л, [ OH-]>10-7моль/л  -среда щелочная; рН>7. 
В любом водном растворе рН + рОН =14, где рОН=-lg[ OH-] 
Величина рН имеет большое значение для биохимических процес­сов, для различных производственных процессов, при изучении свойств природных вод и возможности их применения и т.д.

Для вычисления рН растворов кислот и оснований следует пред­варительно вычислить молярную концентрацию свободных ионов водорода ( ) или свободных гидроксил ионов ( ), а затем воспользоваться
формулами:
pH=-lg[ H+ ]; рОН-=-lg[ OH-]; рН + рОН =14
Концентрация любого иона в моль/л в растворе электролита можно вычислить по уравнению

где См иона – молярная концентрация иона в моль/л;
См – молярная концентрация электролита в моль/л;
α-степень диссоциации электролита;
n -количество ионов данного вида, которое получается при распаде одной молекулы электролита.
Если электролит слабый, то значение степени диссоциации может быть определено на основании закона разбавления Оствальда:

тогда CMиона=См·α·n =v СMКдис

Пример 1. Вычислить рН 0,001H раствора гидроксида натрия.

Решение: гидроксид натрия является сильным электролитом, диссоциация в водном растворе происходит по схеме:
NaOH —>Na++OH-
Степень диссоциации в разбавленном растворе можно принять равной 1. Концентрация ионов ОН (моль/л) в растворе равна: 

Пример 2. Вычислить рН 1%-ного раствора муравьиной кислоты, считая, что плотность раствора равна 1г/мл; Кдисс = 2,1·10-4

Решение: 1л раствора содержит 10г НСООН, что составляет 10/46= =0,22моль, где 4б г/моль - молярная масса муравьиной кис­лоты. Следовательно, молярная концентрация раствора равна 0,22моль/л. Муравьиная кислота – слабый электролит, поэтому

так как HCOOH <—>H++HCOO-

Пример 3. рН раствора составляет 4,3. Вычислить [ H+ ] и [ OH- ]

Решение: 
[Н+] = 10-pH =10-4,3 = 5•10-5моль/л

[ OH- ]=10-14/5•10-5=2•10-10моль/л.