disocierea apei
Apă pură, deși slab (în comparație cu soluțiile de electrolit), dar poate conduce curentul electric. Acest lucru se datorează capacității moleculelor de apă stricăciunii (disociate) în doi ioni, care sunt conductoare și curentului electric în apă pură (în continuare, se înțelege o disociere de disociere electrolitica - descompunere în ioni):
Aproximativ 556 milioane de molecule de apă nu disociați disociază doar 1 moleculă, cu toate acestea 60000000000 disociază molecule 1mm 3. disociere este reversibil, adică ioni H + și OH - pot forma din nou o moleculă de apă. Ca urmare, vine un echilibru dinamic în care numărul egal cu numărul de molecule rupte formate din H + și OH - ioni. Cu alte cuvinte, ambele viteze de reacție sunt egale. În cazul nostru, ecuația reacției chimice poate fi scrisă ca:
υ2 = κ2 • [H +] • [HO -] (proces invers)
unde υ - viteza de reacție; κ - constanta vitezei de reacție (în funcție de natura reactanților și temperatura); [H2O]. [H +] și [HO -] - concentrația (mol / l).
La echilibru υ1 = υ2. Prin urmare:
Atragem niște simple de matematică și de a obține:
K - constanta de echilibru, iar în cazul nostru, constanta de disociere, care depinde de temperatura și natura substanțelor, și nu depinde de concentrațiile (ca κ1 și κ2). K Apă 1,8 • 10 -16 la 25 ° C (valoare de referință).
Din cauza cantității foarte mici de concentrare molecule disociate [H2O] poate fi luată ca concentrația totală de apă, iar concentrația totală de apă în soluție diluată ca o constantă: [H2O] = 1000 (g / l) / 18 (g / mol) = 55 6 mol / l.
Înlocuirea κ1 / κ2 pe valoarea K și folosind [H2O]. Definim ce este produsul concentrației de [H +] și [HO -]. numitul - produs ionic al apei:
K = [H +] • [HO -] / 55,6 mol / l
1,8 • 10 -16 • 55,6 mol / l = [H +] • [HO -]
10 -14 = [H +] • [HO -]
Deoarece, la o temperatură dată, valorile utilizate în calculul produsului ionic de apă (K. [H2O]) sunt constante, valoarea produsului ionic al apei [H +] • [HO -] același timp. Și din moment ce același număr de ioni formate [H +] și [HO -] în disocierea moleculelor de apă. se dovedește că concentrația de apă pură [H +] și [HO -] va fi egal cu 10 -7 mol / l. Din constanța produsului ionic al apei rezultă că, dacă numărul de ioni H + devine mai mare, numărul ionilor HO - devine mai mică. De exemplu, în cazul în care apa pura pentru a adăuga acid tare este HCI, este un electrolit tare întregului prodissotsiiruet la H + și Cl -. rezultând concentrația de ioni H + va crește dramatic și ar crește rata de disociere a procesului opus, deoarece aceasta depinde de concentrațiile de ioni H + și OH -:
In timpul procesului accelerat de concentrare de disociere de ioni opusă HO - redusă la o valoare care corespunde unui nou echilibru în care acestea vor fi atât de mici încât apa și rata de disociere a procesului invers va fi egal din nou. În cazul în care concentrația soluției de HCI rezultată este 0,1mol / l, concentrația de echilibru [HO -] este egal cu:
[HO -] = 10 -14 / 0,1 = 10 -13 mol / l
Prin adăugarea bazei puternice este NaOH trecerea în jos concentrația de H +.
Pentru comoditate, concentrația de [H +] și [HO -] este exprimată ca valoarea pH-ului și hidroxil pOH indicator de pH. și pH pOH - acest logaritmii zecimali negativ concentrația [H +] și [HO -] (nu este corect să utilizeze concentrația și activitatea), respectiv:
Ecuația logaritm [H +] • [HO -] = 10 -14 obține
Suma rezultată a pH-ului și pOH. precum și produsul pe care este logaritmică, este constantă și este egal cu 14, deoarece, dacă pH = 3, apoi pOH = 11 (pOH pH și poate fi negativ, iar dacă pH = -1 atunci pOH = 15).
În funcție de pH-ul soluției este împărțit în neutru, acid și alcalin. La pH = 7 soluție neutră la pH 7 - alcalin.
PH-ul soluției este foarte dependentă de cursul de multe reacții chimice, atât la nivelul proceselor în curs de desfășurare în laborator și la producția și la nivelul reacțiilor în organismele vii, astfel încât chimiști și biologi cu valoarea pH-ului trebuie să se ocupe de foarte multe ori. Toți locuitorii apelor naturale și a solurilor adaptate la un anumit pH, iar în caz de modificări pot fi pierdute. Cele mai multe organisme vii pot exista doar în medii apropiate de neutru. Acest lucru se datorează în parte faptului că sub acțiunea ioni H + și OH - multe proteine care conțin grupe acide sau bazice, schimba forma si sarcina lor. Dar, într-un mediu puternic și puternic alcalină rupe legătura peptidică care leagă resturile de aminoacizi individuali în lanțurile de proteine lungi. Din cauza acestei ultrabasic (puternic alcaline), soluții alcaline provoca arsuri ale pielii și distrug mătase și lână, constând din proteine. Toate organismele vii trebuie să se mențină în intracelular fluid de un anumit pH. Magnitudinea valorii pH-ului soluției de sol depinde de randamentul diferitelor culturi. Pe soluri acide cu pH = 5-5,5 nu dezvolta răsaduri de orz, dar cartof bine dezvoltat.
ioni hidroniu (H3 O +)
Vorbind de ioni H + este un oversimplification, deoarece acestea nu sunt în apă. Proton „pierdut“ molecula de apă atașată la o altă moleculă pentru a forma un ion hidroniu H3 O +. și reacția de disociere a apei este scris după cum urmează:
hidroniu ion la rândul lor pot fuziona cu alte molecule de apă care formează ionii hidratați, de exemplu, H5 + O2. H7 O3 +. H9 O4 +.
Mobilitatea ionilor H3 O + și OH -
Prin capacitatea de proton a „sări“ de la o moleculă la alta, ionii H3 O + și OH - considerabil mai motile alți ioni monovalenți (de exemplu, decât Na + și Cl -). Saltul proton de la molecula la molecula are loc in gheata, iar mobilitatea protonului în apă mai mică de gheață, pentru o singură procedură. Mobilitatea anormală a ionilor H3 O + și OH - ca în gheață și apă lichidă sunt, de asemenea, o consecință a avea legături de hidrogen între molecule. Aceste conexiuni contribuie la migrarea rapidă a protonilor. De exemplu, unul dintre protoni ioni H3 O + se pot deplasa de-a lungul legăturile de hidrogen neregulate:
In mod similar, protonii din moleculele de apă se pot deplasa de-a lungul legăturii de hidrogen care interactioneaza cu ioni OH -:
Ambele procese cauzează migrația sarcină electrică, și în prezența câmpului aplicat produce un curent electric. Potrivit Eigen și De Meyer, mobilitate H3 O + ion în apă este mai mică decât în gheață, datorită faptului că sistemul de legături de hidrogen în faza lichidă este imperfectă.
Când concentrațiile menționate mai sus, simplificarea a fost făcut să utilizeze corect „activitatea ion“.