Сама вода – это очень слабый электролит.
H2O ↔ H+ + OH–
Концентрация катиона H+ и аниона OH– в чистой воде весьма малы и составляют 1 10-7 моль/л при 25 ˚С
Катион водорода H+ представляет собой простейшее ядро – протон P+ (электронная оболочка катиона H+ – пустая, 1S0) у свободного протона велики подвижность и проникающая способность, к окружении полярных молекулH2O он не может оставаться свободным. Протон тут же присоединяется к молекуле воды:
H2O + H+ = H3O (катион гидроксония)
В дальнейшем для простаты оставляется запись H+ (но подразумевается H3O).
В воде содержание ионов H+ и OH– одинаково; в водных растворах кислот появляется избыток ионов H+, в водных растворах щелочей – избыток ионов OH (за счет диссоциации кислот и оснований).
Типы среды водных растворов:
нейтральная c(H+) = c(OH–)
кислотная c(H+) ˃ c(OH–)
щелочная c(H+) ˂ c(OH–).
Содержание H+ и OH– в водных растворах обычно выражают через водородный показатель pH(читается пэ-аш) и аналогичный ему гидроксильный показатель pOH:
pH = -lg c(H+)
pOH= -lg c(OH–)
Для воды при комнатной температуре имеем:
pH = -lg c(H+) = -lg (1*10-7)= 7
pOH= -lg c(OH–) = -lg (1*10-7)= 7
Следовательно, в чистой воде:
pH + pOH = 14
Это равенство справедливо и для водных растворов:
нейтральная pH = 7, pOH = 14 – pH =
кислотная pH = 7, pOH = 14 – pH ˃ 7
щелочная pH = 7, pOH = 14 – pH ˂ 7
Практическая шкала pH отвечает интервалу 1-13 (разбавленные растворы кислот и основания):
Кислотная среда
pH = 1-6, c(H+) = 1*10-1 – 1*10-6 моль/л
Щелочная среда
pH = 8-13, c(OH–) = 1*10-6 – 1*10-7 моль/л
В практически нейтральной среде c pH = 6-7 и pH = 7-8 концентрация H+ и OH– очень мала (1 *10-6 – 1* 10-7 моль/л) и почти равна концентрации этих ионов в чистой воде. Такие растворы кислот и оснований считаются предельно разбавленными (содержат очень мало вещества).
Для практического установления типа среды водных растворов служат индикаторы – вещества, которые окрашивают в характерный цвет нейтральные, кислые и/или щелочные растворы.
Распространенные в лаборатории индикаторы – это лакмус, метилоранж и фенолфталеин.
Метилоранж (индикаторы на кислую среду) становятся розовыми в сильнокислом растворе, фенолфталеин (индикатор на щелочную среду) – малиновым в сильнощелочном растворе, а лакмус используется во всех средах.
Также вы можете посмотреть ВИДЕО-уроки на эту тему:
И выполнить задания из ЦТ и ЕГЭ на эту тему вы можете здесь