Що таке дисоціація води?
Відео: Chemistry for Dummies. Lecture 6. The dissociation of water molecules, pH solutions
Окремим випадком дисоціації (процесу розпаду більших частинок речовини - молекул іонів або радикалів - на частинки меншого розміру) є електролітична дисоціація, при якій нейтральні молекули речовини, званого електролітом, в розчині (в результаті впливу молекул полярного розчинника) розпадаються на заряджені частинки: катіони і аніони. Цим пояснюється здатність розчинів електролітів проводити струм.
Прийнято ділити все електроліти на дві групи: слабкі і сильні. Вода відноситься до слабких електролітів, дисоціація води характеризується невеликою кількістю диссоційованих молекул, так як вони досить стійкі і практично не розпадаються на іони. Чистий (без домішок) вода слабо проводить електричний струм. Це обумовлено хімічною природою самої молекули, коли позитивно поляризовані атоми водню впроваджені в електронну оболонку порівняно невеликого атома кисню, який поляризований негативно.
Сила і слабкість електролітів характеризується ступенем дисоціації (позначається &alpha-, часто ця величина виражається в% від 0 до 100 або в частках одиниці від 0 до 1) - здатністю розпадатися на іони, тобто відношенням кількості розпалися частинок до числа частинок до розпаду. Такі речовини, як кислоти, солі і підстави під дією полярних молекул води розпадаються на іони повністю. Дисоціація води супроводжується розпадом молекул Н2О на протон Н + і гідроксильну групу ОН. Якщо уявити рівняння дисоціації електроліту у вигляді: М = К ++ А-, тоді дисоціація води може бути виражена рівнянням: Н2О&harr-Н ++ ОН-, а рівняння, за допомогою якого розраховується ступінь дисоціації води, можна уявити в двох видах (через концентрацію утворилися протонів або концентрацію утворилися гідроксильних груп): &alpha - = [Н +] / [Н2О] або &alpha - = [ОН -] / [Н2О]. Так як на величину &alpha- впливає не тільки хімічна природа речовини, а й концентрація розчину або його температура, то прийнято говорити про уявній (уявної) ступеня дисоціації.
Схильність молекул слабких електролітів, включаючи воду, розпадатися на іони в більшій мірі характеризується константою дисоціації (окремий випадок константи рівноваги), яку прийнято позначати, як Кд. Для розрахунку цієї величини застосовується закон діючих мас, який встановлює співвідношення між масами отриманих і вихідних речовин. Електролітична дисоціація води - це розпад вихідних молекул води на протони водню і гідроксильну групу, тому константа дисоціації виражається рівнянням: Кд = [Н +] • [ОН -] / [Н2О]. Ця величина для води є постійною і залежить тільки від температури, при температурі, яка дорівнює 25оС, Кд = 1.86•10-16.
Відео: Теорія електролітичноїдисоціації. Навчальний фільм з хімії
Знаючи молярну масу води (18 грам / моль), а також нехтуючи концентрацією дисоційованому молекул і приймаючи масу 1 дм3 води за 1000 г, можна розрахувати концентрацію недіссоціірованних молекул в 1 дм3 води: [Н2О] = 1000 / 18,0153 = 55,51 моль / дм3. Тоді з рівняння константи дисоціації можна знайти твір концентрацій протонів і гідроксильних груп: [Н +]•[ОН -] = 1,86•10-16•55,51 = 1•10-14. Під час вилучення квадратного кореня з отриманої величини отримують концентрацію протонів (іонів водню), що визначає кислотність розчину і рівну концентрації гідроксильних груп: [Н +] = [ОН -] = 1•10-7.
Але в природі води такої чистоти не існує через присутність в ній розчинених газів або забруднення води іншими речовинами (фактично вода - це розчин різних електролітів), тому при 25оС концентрація протонів водню або концентрація гідроксильних груп відрізняється від величини 1•10-7. Тобто кислотність води обумовлена протіканням не тільки такого процесу, як дисоціація води. Водневий показник є негативним логарифмом концентрації водневих іонів (рН), він введений для оцінки кислотності або лужності води і водних розчинів, так як числами з негативними ступенями користуватися важко. Для чистої води рН = 7, але так як в природі чистої води немає, і дисоціація води протікає поряд з розпадом інших розчинених електролітів, то водневий показник може бути менше або більше 7, тобто для води, практично, рН&ne-7.
