Главная > Химия > Основы биохимии, Т.1.
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

4.6. Ионизацию воды можно охарактеризовать величиной константы равновесия

Перейдем теперь от общих рассуждений к рассмотрению интересующего нас процесса ионизации воды и попытаемся описать его в количественных терминах. Этот обратимый процесс приводит, как указывалось выше, к образованию водородных и гидроксильных ионов. Однако, когда мы используем термин «водородный ион» и символ , следует иметь в виду, что «голых» водородных ионов, т. е. свободных протонов, в воде не существует, поскольку они, как и большинство других ионов, всегда гидратированы, т.е. окружены гидратной оболочкой. Гидратированную форму иона называют ионом гидрония или ионом гидроксония. Его часто обозначают , однако в действительности каждый ион плотно окружен несколькими молекулами , число которых зависит от температуры.

В соответствии с уравнением

ионизация воды происходит лишь в незначительной степени; в любой данный момент при 25°С всего одна из 10 миллионов молекул чистой воды находится в ионизированном состоянии. Хотя вода характеризуется очень слабой тенденцией к ионизации, образующиеся при этом ионы и играют исключительно важную роль в биологических процессах. Поэтому мы должны уметь количественно выражать степень ионизации воды.

Мы можем сделать это, если напишем выражение для константы равновесия обратной реакции (3):

Это выражение можно упростить, так как относительная концентрация очень высока (она равна числу граммов воды в 1 л, деленному на ее молекулярную массу в граммах, т. е. и поэтому представляет собой практически постоянную величину по отношению к очень низким концентрациям () ионов и в чистой воде при 25 °С. Таким образом, мы можем подставить в выражение для константы равновесия величину 55,5, после чего получим

или

Численное значение величины было тщательно определено на основе данных по электропроводности чистой воды (в чистой воде электрический ток могут проводить только ионы, образующиеся в результате диссоциации ). При 25 °С оно оказалось равным . Подставляя это значение в приведенное выше уравнение, получим:

Если обозначить произведение через то можно записать соотношение:

Величина называется ионным произведением воды; ее численное значение при 25°С равно . Это означает, что произведение в водных растворах при 25 °С всегда равно строго определенной величине, а именно . Если концентрации ионов точности равны друг другу, что имеет место, например, в чистой воде, то такой раствор называется нейтральным. Исходя из численного значения ионного произведения воды, можно рассчитать концентрацию ионов и в воде:

Решая это уравнение относительно имеем

Так как ионное произведение воды является величиной постоянной, очевидно, что если концентрация ионов превышает , то концентрация ионов должна быть меньше , и наоборот. Таким образом, когда концентрация ионов очень высока, как это имеет место, например, в растворе соляной кислоты, концентрация ионов должна быть очень низка, поскольку их произведение всегда должно оставаться равным . И наоборот, если концентрация ионов очень высока, как, например, в растворе NaOH, то концентрация ионов должна быть очень низка. Следовательно, если мы знаем концентрацию ионов то, исходя из численного значения ионного произведения воды, мы можем вычислить концентрацию ионов а если мы знаем концентрацию ионов то можно вычислить соответственно концентрацию ионов (см. дополнение 4-1).

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление