Из уравнения диссоциации воды
Н20 н+ + он-
оидно, что в чистой воде ‘концентрации ионов Н+ и ОН~ равны. Но известно, что [Н+] [ОН»] = 1 • 10″14, отсюда
[Н+] = [ОН»] = /1-10-» = 1 • Ю-‘.
Чистая вода имеет нейтральную реакцию. Таким образом, растворы, в которых концентрация ионов водорода равна 10-? моль/л, называются нейтральными растворами, в этих растворах [Н+] = [ОН~].
Если к чистой воде прибавить какой-либо кислоты, концентрация ионов водорода повысится и станет больше, чем ЫО-7, а концентрация ионов ОН— уменьшится.
Следовательно, в кислых растворах концентрация ионов
водорода больше, чем 1 ■ 10~7 мОль/л: [Н+] > 1 • Ю-7 моль/л, а [ОН—] <Ы О-7 моль/л, т. е. [Н+]>[ОН~].
Если мы прибавим -в чистую воду немного щелочи, то повысится концентрация ионов ОН— и соответственно уменьшится концентрация ионов Н+. Следовательно, ш щелочных растворах концентрация ионов водорода меньше, чем ЫО-7, моль/л: [Н+]<1-10-7 моль/л, а [ОН—]>Ы0-7 моль/л, т. е. [Н+]<[ОН—].
Из оказанного следует, что реакцию любого раствора можно охарактеризовать количественно, указав, какова в «ем концентрация ионов Н+:
■а) нейтральный раствор [Н+] = Ы0-7 моль/л;
б) кислый раствор [Н+] > 1 • Ю-7 моль/л;
в) щелочной раствор [Н+]<Ы0-7 моль/л.
Зная концентрацию водородных .ионов, можно вычислить концентрацию ионов ОН— и наоборот. Например:
1) [Н+] в растворе равна 1 -10—3 моль/л, тогда
[ОН—] равна:
Kw 1 ■ 10-14 [6Н ] = jh+j = 1 10_з = 1 • Ю-11 моль/л;
2) IB растворе [ОН—] равна Ю-5 моль/л, тогда кон-
центрация ионов Н+
Ю-14
[Н+] = = Ю-9 моль/л.
§ 19. Водородный показатель
Применение чисел с отрицательными показателями неудобно. Поэтому для характеристики степени кислотности растворов стали применять вместо истинных концентраций водородных и гидроксидных ионов их десятичные логарифмы, взятые с обратным знаком. Эти величины названы ионными показателями и обозначены р. Таким образом, водородный показатель:
pH = -lg [Н+];
гидроксидный показатель:
рОН = — lg[OH»J.
Ионное произведение воды Kw равно Ю-14:
[Н+] [ОН»] = 10-«.
Прологарифмируем это выражение
lg [H+] + Ig [01Г] = -14.
Возьмем все величины с обратным знаком -lg [Н+] + (-lg[OH-]) = 14
или
рН + рОН = 14.
С помощью последнего уравнения, зная величину рН, можно легко рассчитать величину рОН и наоборот. Например, в растворе рН = 5,0, тогда рОН= 14,0—5,0 = 9,0.
Кислотность растворов можно охарактеризовать количественно через величину рН.
а) нейтральный раствор рН = 7,0;
б) кислый раствор рН<7,0;
в) щелочной раствор рН>7,0.
Ясно, что с уменьшением рН кислотность раствора растет, а щелочность убывает:
Зная рН растворов, можно сравнить их кислотность. Например: при рН = 3 раствор имеет более кислую реакцию, чем при рН = 5,0. В первом случае [Н+] = Ы0-3, а во втором случае — 1 • Ю-5, т. е. в 100 раз меньше, чем в первом. При рН 11,0 реакция раствора более щелочная, чем при рН 9,0. В первом растворе рОН=14,0— — 11,0=3,0 и [ОН—] = 10-3, а во втором растворе рОН = = 14,0—9,0=5,0 и [ОН] = 10-5.
Следовательно, концентрация гидроксид-ионов в первом растворе будет в 100 раз больше, чем во втором, и раствор будет более щелочным. Для различных химических, биологических и других процессов значение рН имеет большое значение. Так, рН крови человека и животных имеют постоянное значение. Свойства природных вод зависят во многом от величины рН. Многие растения могут нормально развиваться только при определенных значениях рН почвы.