Диссоциация молекул воды

Традиционная форма записи электролитической диссоциации воды на ионы водорода и гидроксида:                          

                                        Н₂О= H⁺ + OH^-

 носит формальный характер, не отображающая течение реального процесса, поэтому заменим её уравнением реакции фактически протекающего процесса:

Н₂О + Н₂О =Н₃О⁺ + ОН^-.

Здесь и далее формулы записи веществ, участвующих в реакциях в водной среде, "* будут отображены так, как происходит их  реальное взаимодействие - с учётом их растворимости и взаимодействия с водой, в форме молекул, если вещество или газ мало растворимы в воде или мало диссоциированы, и в форме ионов, если примеси воды находятся в ионной форме. Если в реакции компоненты системы — катионы и анионы -    не взаимодействуют с остальными составляющими примесей воды, они исключаются из обеих частей уравнения.

Уравнение реакции нейтрализации в молекулярной форме записи процесса:

NаОН + НСl = NaС1 + Н₂О

при указанных условиях уравнения с обязательным указанием на диссоциацию в воде исходных продуктов система уравнений:

NaОН = Nа+ + ОH¯; НС1 = Н₃О+ + Сl¯;

. Nа+ + ОН¯ + Н₃О+ + Сl¯ = Nа+ + Сl¯ + Н₂О

принимает вид уравнения:

                                       ОН¯ + Н₃О = Н₂0 + Н₂О

В воде протекание реакции электролитической диссоциации иона ОН¯ по второй ступени в соответствии с уравнением:

HO¯+Н₂0 = Н₃0++O¯

не происходит потому, что в обычных условиях концентрация ионов не достаточна для реализации этой реакции.

В зависимости от того, какой ион реакции диссоциации вступает в дальнейшее взаимодействие, вода может вести себя как кислота, если реагирует Н₃О+, или как основание, если реагирует ОН¯, то есть вода обладает амфотерньми свойствами. Поэтому в растворе всегда существует равновесие:

Н₂0 + Н₂О = ОН¯ + Н₃0+.

осн. 1 кисл. 1 осн. 2 кисл. 2

В этой реакции молекула воды действует как кислота, то есть со­единение, отдающее водород, и основание, то есть соединение, присоединяющее водород.

Водородный показатель

Процесс ионизации, или электролитической диссоциации воды характеризуется константой равновесия:                              

Концентрация воды постоянна - 55,56 моль/л. Тогда

Кw=55,56[Н₂0]2 = [Н₃0+]• [ОН¯] .

При нейтральной реакции, когда [Н₃0+] = [ОН¯]  для 295 °К

[Н₃0+] • [ОН¯] = [Н₃0+]2 = 1 • 10¯14 или  [Н₃О+] = 10¯7 моль/л.

Традиционно в курсах химии постулируется факт, что нейтральная реакция среды, когда [Н₃О+] = [ОН¯], при температуре 22 °С или Т = 298,16 К, когда

[Н₃О+]2 = 1,0062 • 10¯14 имеем [Н₃О+] = 1,079 10¯7 моль/л.

Отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов Н₃О+ должен быть обозначен выражением рН₃О, однако, сохраняя традицию обозначения величины, используем символ рН (отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов):

-1g[Н₃0+] = рН, или [Н₃0+] = 10¯рН

аналогично -1g[ОН¯] = рОН или [ОН¯] = 10¯рОН.

Для оценки кислотности, нейтральности и щёлочности — активной реакции водных растворов - удобно пользоваться не концентрацией водородных ионов, а водородным показателем рН*. Приведённые соотношения справедливы только при температуре 22 С°.

     Для нейтральной среды     [Н₃О+] = 10¯7 моль/л    рН = 7;         

     для кислой среды             [Н₃О+] < 10¯7 моль/л    рН < 7;

     для щелочной среды         [Н₃0+]> 10¯7  моль/л      рН>7.                                                                                                                                 

Следует иметь ввиду, что при изменении температуры число диссоциированных молекул воды изменяется из-за изменения числа их активных столкновений и энергии взаимодействия. Иначе говоря, при сохранении равенства концентрации ионов [Н₃О+] =OH¯]  - условия нейтральной реакции раствора,их количество уменьшается при снижении температуры раствора, при этом величина -1g[Н₃О+] = рН увеличивается; при повышении температуры раствора величина -1g[Н₃О+] = рН уменьшается. Реакция раствора во всех случаях остаётся нейтральной.

Таким образом, рН реакции раствора зависит от температуры

3.2.5. Окислительные и восстановительные свойства воды

 Вода проявляет свойства окислителя и восстановителя, нап

ример, при взаимодействии с хлором (в процессе хлорирования):

Н₂0 + Н₂О = ОН¯ + Н₃0+;

Cl₂ + ОН¯ = Cl¯ + HOCl;

Н₂0 + HOCl = Н₃0+ + OCl¯;

OCl¯ = Cl¯ + O;

___________________________________________________________________________________________

        * pH — piː'eɪtʃ «Пи эйч») — мера активности (в очень разбавленных растворах она эквивалентна концентрации) ионов водорода в растворе, и количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженной в молях на литр.

___________________________________________________________________________________________

один атом хлора окисляется(Cl°-e¯=Cl+), другой   восстанавливается (Cl°+e¯=Cl¯)

водой 

        Сильные окислители окисляют воду до кислорода:

Н₂0 + Н₂О = ОН¯ + Н₃0+;

  F₂ + OH¯ = F¯ + HOF;

Н₂0 + HOF = Н₃0+ + OF¯;

           OF¯ = F¯ + O

а сильные восстановители, например кальций, восстанавливают воду до водорода:

Н₂О + Н₂О = Н₃О+ + ОH¯;

Ca + 2Н₃О+ + 2ОН¯ = Ca(ОН) + H₂ + 2Н₂О

Вода образует со многими солями продукты присоединения -

кристаллогидраты. Например, сульфат алюминия, применяемый для коагуляции дисперсных примесей природной воды,  является кристаллогидратом — А1₂(S0₄)₃ • 18Н₂О.