Равновесие диссоциации воды
Равновесие диссоциации воды — это динамическое равновесие между молекулами воды, ионами водорода и гидроксид-ионами. Оно устанавливает связь между концентрациями \(\mathrm{H^+}\) и \(\mathrm{OH^-}\) в водных растворах.
Вода является очень слабым электролитом: диссоциирует лишь небольшая часть её молекул. Поэтому в чистой воде одновременно присутствуют молекулы \(\mathrm{H_2O}\), ионы \(\mathrm{H^+}\) и гидроксид-ионы. Сам процесс рассматривают в теме диссоциации воды.
Стрелки в обе стороны показывают обратимость процесса. В более точной записи ион водорода существует в составе иона гидроксония: \(\mathrm{H_2O + H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^-}\). В школьных расчётах обычно используют сокращённую жазба с \(\mathrm{H^+}\).
При постоянной температуре произведение равновесных концентраций ионов воды постоянно и называется ионным произведением воды. При \(25\,^{\circ}\mathrm{C}\) \(K_{\mathrm{w}}=1{,}0\cdot10^{-14}\). В нейтральной воде концентрации ионов равны: \([\mathrm{H^+}]=[\mathrm{OH^-}]=1{,}0\cdot10^{-7}\ \mathrm{моль/л}\). Если концентрация одного иона увеличивается, концентрация другого уменьшается так, чтобы произведение сохранилось.
Если \([\mathrm{H^+}]=1{,}0\cdot10^{-3}\ \mathrm{моль/л}\), то \([\mathrm{OH^-}]=\frac{10^{-14}}{10^{-3}}=1{,}0\cdot10^{-11}\ \mathrm{моль/л}\). Раствор имеет кислую среду.
Равенство \([\mathrm{H^+}]=[\mathrm{OH^-}]\) характерно только для нейтральной среды, но не для любого водного раствора. Само равновесие диссоциации воды существует и в кислой, и в щелочной среде.
Какова концентрация \(\mathrm{OH^-}\) при \(25\,^{\circ}\mathrm{C}\), если \([\mathrm{H^+}]=1{,}0\cdot10^{-5}\ \mathrm{моль/л}\)?
Главное
- Вода диссоциирует обратимо: \(\mathrm{H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-}\).
- При постоянной температуре \([\mathrm{H^+}]\cdot[\mathrm{OH^-}]=K_{\mathrm{w}}\).
- При \(25\,^{\circ}\mathrm{C}\) в нейтральной воде концентрация каждого иона равна \(1{,}0\cdot10^{-7}\ \mathrm{моль/л}\); в растворах концентрации могут быть различными.