Interested Article - Ионное произведение воды

Ио́нное произведе́ние воды́ K _W ( константа автопротолиза воды) — произведение концентраций ионов водорода Н ⁺ и гидроксид-ионов OH ⁻ в воде или в водных растворах .

{\mathsf {K_{W}=\left[H^{+}\right]\left[OH^{-}\right]=10^{-14}(mol/L)^{2}\ \ }}

При 20 - 25 °C константа диссоциации воды равна 1,8⋅10 ⁻¹⁶ моль/л (pK _d =15,74). Откуда ионное произведение воды K _W = 10 ⁻¹⁴ моль²/л²

Вывод значения ионного произведения воды

Вода является слабым амфолитом (может быть донором и акцептором ), слабо диссоциирует.

${\mathsf {H_{2}O\rightleftarrows H^{+}+OH^{-}}}$

Равновесие этой реакции сильно смещено влево. Константу диссоциации воды можно вычислить по формуле:

{\mathsf {K={\frac {\left[H^{+}\right]\left[OH^{-}\right]}{\left[H_{2}O\right]}}}}\ \ \ (1)

где:

[H ⁺ ] — концентрация ионов гидроксония (протонов);
[OH ⁻ ] — концентрация гидроксид-ионов;
[H ₂ O] — концентрация воды (в молекулярной форме) в воде;

Концентрация молекул воды, учитывая её малую степень диссоциации, величина практически постоянная и составляет (1000 г/л)/(18 г/ моль ) = 55,56 моль/л.

При 20–25 °C константа диссоциации воды равна 1,8⋅10 ⁻¹⁶ моль/л. Так как вода является слабым электролитом (амфолитом), можно записать для неё константу диссоциации непосредственно из диссоциации воды

{\mathsf {K\left[H_{2}O\right]=\left[H^{+}\right]\left[OH^{-}\right]\ \ }}

Обозначим произведение K·[H ₂ O] = K _в = 1,8⋅10 ⁻¹⁶ моль/л·55,56 моль/л = 10 ⁻¹⁴ моль²/л² = [H ⁺ ]·[OH ⁻ ] (при 25 °C).

Константа K _в , равная произведению концентраций протонов и гидроксид-ионов, называется ионным произведением воды . Она является постоянной не только для чистой воды, но также и для разбавленных водных растворов веществ. C повышением температуры диссоциация воды увеличивается, следовательно, растёт и K _в , при понижении температуры — наоборот.

Зависимость p K _w от температуры

p K _w для чистой воды при различных температурах
T (°C)	0	5	10	15	18	20	21	22	23	24	25	30	35	40	45	50	55	60	100
K _w *10 ¹⁴	0.1139	0.1846	0.292	0.4505	0.5702	0.6809	0.742	0.802	0.868	0.948	1.008	1.469	2.089	2.919	4.018	5.474	7.297	9.614	59
p K _w	14.9435	14.7338	14.5346	14.3463	14.244	14.1669	14.1296	14.0958	14.0615	14.0232	13.9965	13.833	13.6801	13.5348	13.396	13.2617	13.1369	13.0171	12.2291

Эти данные можно аппроксимировать параболой ( )

p K _w = 14.92 − 0.03992 T + 0.00013122 T ²

или кубической параболой (что точнее)

p K _w = 14.94355 - 0.0429299 * T + 0.00021447938* T^2 - 5.6625156*10^(-7) * T^3

Практическое значение ионного произведения воды

Практическое значение ионного произведения воды велико, так как оно позволяет при известной кислотности (щёлочности) любого раствора (то есть при известной концентрации [H ⁺ ] или [OH ⁻ ]) найти соответственно концентрации [OH ⁻ ] или [H ⁺ ]. Хотя в большинстве случаев для удобства представления пользуются не абсолютными значениями концентраций, а взятыми с обратными знаком их десятичными логарифмами — соответственно, водородным показателем ( pH ) и гидроксильным показателем ( ).

Так как K _в — константа, при добавлении к раствору кислоты (ионов H ⁺ ), концентрация гидроксид-ионов OH ⁻ будет падать, и наоборот. В нейтральной среде [H ⁺ ] = [OH ⁻ ] = ${\sqrt {10^{-14}}}=10^{-7}$ моль/л. При концентрации [H ⁺ ] > 10 ⁻⁷ моль/л (соответственно, концентрации [OH ⁻ ] < 10 ⁻⁷ моль/л) среда будет кислой ; При концентрации [OH ⁻ ] > 10 ⁻⁷ моль/л (соответственно, концентрации [H ⁺ ] < 10 ⁻⁷ моль/л) — щелочной .

Ионные произведения других растворителей

Ионное произведение можно рассчитать не только для воды. Ионное произведение воды является лишь одной (хотя практически наиболее важной) из констант автопротолиза .