Диссоциация воды.
Показатель pH. Среды растворов

Опорный конспект № 5.3 Диссоциация воды. Показатель pH. Среды растворов.
В дополнение к конспекту № 5.2. Электролитическая диссоциация. Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации
Проверяемый элемент содержания: ОГЭ — в явном виде в кодификаторе отсутствует, но входит в программу 9 класса и используется при изучении гидролиза солей, а также в заданиях, связанных с определением среды растворов (индикаторы). Даётся в качественном виде. Более подробно тема будет рассматриваться в 11 классе.
Вернуться к Списку конспектов

Вода — очень слабый электролит

💡 Мы привыкли считать, что вода не проводит электрический ток. Но на самом деле проводит, хотя и очень слабо.
📌 Вода — это очень слабый электролит. Она диссоциирует в ничтожно малой степени:

H₂O ⇄ H⁺ + OH⁻

Однако этой диссоциации достаточно, чтобы в любом водном растворе присутствовали оба вида ионов: H⁺ (катионы водорода) и OH⁻ (гидроксид-анионы). Именно их соотношение определяет среду раствора.

Самоионизация воды (также называемая как: автоионизация воды, автопротолиз воды, автодиссоциация воды или просто диссоциация воды) — это реакция ионизации в чистой воде или в водном растворе, при которой молекула воды (H2O) теряет ядро одного из своих атомов водорода.

Диссоциация воды была впервые предложена в 1884 году Сванте Аррениусом. В то время еще ничего не было известно об атомной структуре и субатомных частицах. В 1923 году Йоханнес Николаус Брёндстед и Мартин Лоури предположили, что при самоионизации воды на самом деле участвуют две молекулы воды. К тому времени были открыты электрон и ядро, а Резерфорд показал, что ядро намного меньше атома.

⚠️ Дело в том, что в водном растворе протон (H⁺) не существует в свободном виде — он немедленно присоединяется к молекуле воды, образуя катион гидроксония H₃O⁺. Хотя в упрощённых уравнениях, в том числе школьных,  часто пишут H⁺, следует знать, что формально процесс записывают с H₃O⁺.

Интересный факт: если взять 10 миллионов молекул воды, то только одна из них будет диссоциирована на ионы! Это очень маленькая доля.

Ионное произведение воды

📌 В воде и в любом водном растворе существует равновесие:

H₂O ⇄ H⁺ + OH⁻

📌 Для этого равновесия при 25 °С выполняется соотношение:

[H⁺] · [OH⁻] = 10⁻¹⁴

Это означает, что произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов всегда равно 10⁻¹⁴ (при 25 °С).
💡 В чистой воде концентрации ионов равны: [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ моль/л.

Среды водных растворов

📌 В зависимости от соотношения концентраций ионов H⁺ и OH⁻, растворы бывают трёх типов:

⚠️ Важно: кислотная или щелочная среда может образовываться не только при растворении кислот или щелочей, но и при гидролизе солей (об этом — в § 5.5).

Водородный показатель pH

📌 Для удобства вместо концентрации ионов водорода [H⁺] используют водородный показатель — pH.

pH = –lg[H⁺]

Это значит, что pH — это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода.

Значения pH для разных сред

💡 Запомните шкалу pH: 7 — нейтральная среда; меньше 7 — кислая; больше 7 — щелочная. Чем меньше pH, тем кислее раствор.

Интересный факт: в желудке человека pH ≈ 1–2, а в крови — 7,35–7,45. Даже небольшое отклонение pH крови от нормы может привести к серьёзным заболеваниям.

💡 Знание pH важно во многих областях: в химии (контроль реакций), биологии (поддержание гомеостаза в организме), экологии (оценка качества воды и почвы), медицине (анализ крови) и промышленности.

Индикаторы и определение среды

📌 Для определения pH используют разные методы:

• Индикаторы (лакмус, фенолфталеин, универсальный индикатор) — дают приблизительную оценку по изменению цвета.
• pH-метр — высокоточный прибор, основанный на измерении электродвижущей силы (ЭДС) гальванической цепи со специальным стеклянным электродом.
• Кислотно-основное титрование — аналитический метод, позволяющий рассчитать pH по точке эквивалентности

💡 Индикаторы — это «химические светофоры». Они показывают, кислая среда или щелочная.

⚠️ Фенолфталеин в кислой и нейтральной среде бесцветен — поэтому его используют только для обнаружения щелочной среды.

⚠️ Универсальный индикатор — это смесь нескольких индикаторов, которая даёт разные цвета для разных значений pH.

Как связаны pH и концентрация ионов

📌 Основные соотношения:

• Нейтральная среда: [H⁺] = 10⁻⁷ моль/л → pH = 7
• Кислая среда: [H⁺] > 10⁻⁷ моль/л → pH < 7
• Щелочная среда: [H⁺] < 10⁻⁷ моль/л → pH > 7

💡 Каждое изменение pH на 1 единицу означает изменение концентрации ионов H⁺ в 10 раз. Например, раствор с pH = 3 в 10 раз кислее раствора с pH = 4 и в 100 раз кислее раствора с pH = 5.

Как правильно называть: показатель pH или кислотность?

Раньше показатель pH называли «кислотностью», потому что она напрямую отражает, насколько раствор кислый. В некоторых учебных материалах долго сохранялось бытовое название «кислотность»: оно интуитивно понятнее для описания свойств раствора.

Хотя название отражает суть для кислых растворов, оно неполное:

• pH описывает не только кислотность, но и щёлочность.
• Это количественная мера, а не просто «наличие кислоты».

В ряде прикладных областей до сих пор говорят «измерить кислотность» вместо «измерить pH»:

• в агрохимии — «кислотность почвы»;
• в пищевой промышленности — «кислотность молока», «кислотность вина»;
• в медицине — «кислотность желудочного сока».

Это устоявшиеся выражения, хотя строго по химии речь идёт именно о значении pH.

Практическое задание

📌 Задание 1. Определите среду растворов по значению pH:

1. pH = 2
2. pH = 7
3. pH = 9
4. pH = 13

📌 Задание 2. Какой цвет будет иметь лакмус в растворах:

1. Соляной кислоты HCl
2. Гидроксида натрия NaOH
3. Воды

📌 Задание 3. Какой цвет будет иметь фенолфталеин в растворах:

1. Уксусной кислоты CH₃COOH
2. Гидроксида калия KOH
3. Хлорида натрия NaCl

📌 Задание 4. Во сколько раз концентрация ионов H⁺ в растворе с pH = 3 больше, чем в растворе с pH = 5?

⚡️ Проверьте себя:

• Задание 1: 1 — кислая; 2 — нейтральная; 3 — щелочная; 4 — сильнощелочная.
• Задание 2: 1 — красный; 2 — синий; 3 — фиолетовый.
• Задание 3: 1 — бесцветный; 2 — малиновый; 3 — бесцветный.
• Задание 4: в 100 раз (10⁵⁻³ = 10² = 100).

Памятка

• ✅ Вода диссоциирует: H₂O ⇄ H⁺ + OH⁻ (очень слабо).
• ✅ [H⁺] · [OH⁻] = 10⁻¹⁴ (при 25 °С).
• ✅ Кислая среда: [H⁺] > [OH⁻] → pH < 7.
• ✅ Нейтральная среда: [H⁺] = [OH⁻] → pH = 7.
• ✅ Щелочная среда: [H⁺] < [OH⁻] → pH > 7.
• ✅ pH = –lg[H⁺].
• ✅ Индикаторы: лакмус (красный/синий), метилоранж (красный/жёлтый), фенолфталеин (бесцветный/малиновый).
• ✅ Универсальный индикатор — меняет цвет в широком диапазоне pH.

Вы смотрели конспект урока химии по теме «Диссоциация воды. pH. Среды растворов». Выберите дальнейшее действие:

• Перейти к Списку конспектов по химии (по классам)
• Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии