§ 10. Ионное произведение воды

Вода является важнейшим растворителем, широко применяемым в практике аналитической химии.

Химически чистая жидкая вода является простейшей гомогенной системой, с которой обычно начинается изучение этих систем. Угол связи в молекуле воды НОН равен межъядерное расстояние составляет 0,97 А; — 1,63 А; дипольный момент равен . Сильный дипольный характер молекул обусловливает особую склонность воды образовывать продукты присоединения. Диэлектрическая проницаемость воды 80,4. Для сравнения приводим значения для некоторых других жидкостей: формамид 109,5; синильная кислота 106,8; безводная серная кислота 101; жидкий фтористый водород 83,6; муравьиная кислота 58,5; этиловый спирт 24,30; уксусная кислота 6,15; диоксан 2,2. Это указывает на то, что воды довольно высока по сравнению со многими жидкостями.

При комнатной температуре и даже при вода обладает заметным давлением пара, которое нужно учитывать при вычислении объемов собранных над водой газов. Б жидком состоянии молекулы воды ассоциированы . Ассоциация возрастает с увеличением давления и понижением температуры. В органических растворителях вода находится полностью в виде димерных молекул . Обычно степень ассоциации воды достигает 2—4; при температурах, близких к 0° С, равна 8.

Наиболее устойчивыми являются молекулы , имеюшие следующее строение:

Молекулы подвергаются электролитической диссоциации:

Как видно из уравнения электролитической диссоциации, вода может проявлять и кислотные, и основные свойства.

Применив закон действия масс, получим

где — константа электролитической диссоциации воды.

Равновесная концентрация недиссоциированных молекул воды равна:

где — суммарная концентрация диссоциированных и недиссоциированных молекул воды.

Ввиду очень малой степени электролитической диссоциации воды величинами можно пренебречь. Тогда выражение примет вид:

Здесь — величина постоянная.

Вычислив, сколько молей воды в ее:

выразим общую концентрацию воды в молях на 1 л:

Подставив это значение в выражение закона действия масс, получим:

Величину произведения называют ионным произведением воды и обозначают . Эта величина больше константы электролитической диссоциации воды в 55,5 раза.

Ионное произведение воды остается постоянным в водных растворах кислот, щелочей, солей или других соединений. При повышении температуры эта величина сильно возрастает.

При температуре кипения воды (100° С) ионное произведение увеличивается приблизительно в 100 раз по сравнению с его значением при 18° С и становится равным .

Вода является слабым электролитом (удельная электропроводность равняется ). Например, при комнатной температуре в воды в диссоциированном состоянии находится только 1 моль воды, т. е. молекул (число Авогадро). Так как 1 л воды содержит 55,5 моль , то в воды содержится всего молекул ее. Следовательно, на каждые

молекул электролитически диссоциирует только одна молекула.

Изменение величины константы электролитической диссоциации и ионного произведения воды в зависимости от температуры имеет очень важное значение в теории и практике аналитической химии.