ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ

Вода, являясь электролитом (см. Электролиты), в незначительной степени диссоциирует (распадается) на ионы и , которые находятся в равновесии с недиссоциированными молекулами (см. Равновесие химическое):

Равновесную концентрацию ионов обычно обозначают с помощью квадратных скобок [ ] и выражают в молях ионов в 1 л раствора. Как видно из уравнения диссоциации воды (1), в ней концентрации ионов и одинаковы. Опытом установлено, что в 1 л воды при комнатной температуре (22° С) диссоциации подвергаются лишь моль и при этом образуется моль/л ионов и моль/л ионов (гидроксид-ионов).

Произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов в воде называется ионным произведением воды (обозначается ). При определенной температуре — величина постоянная. Численное значение его при 22° С равно :

Постоянство произведения означает, что в любом водном растворе ни концентрация ионов водорода, ни концентрация гидроксид-ионов не может быть равна нулю.

Иными словами, любой водный раствор кислоты, основания или соли содержит как -ионы, так и гидроксид-ионы .

Из постоянства произведения следует, что при уменьшении концентрации одного из ионов воды соответственно уменьшается концентрация другого иона. Это позволяет вычислять концентрацию -ионов, если известна концентрация гидроксид-ионов , и наоборот. Например, если в водном растворе моль/л, то определится так (см. уравнение 2):

Таким образом, кислотность и щелочность раствора можно выражать через концентрацию либо ионов , либо ионов . На практике пользуются первым способом. Тогда для нейтрального раствора , для кислого и для щелочного моль/л.

Чтобы избежать неудобств, связанных с применением чисел с отрицательными показателями степени, концентрацию водородных ионов принято выражать через водородный показатель и обозначать символом (читается «пэ-аш»). Водородным показателем называется десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком:

или

где — концентрация ионов водорода, моль/л.

Понятие «водородный показатель» было введено датским химиком С. Сёренсеном в 1909 г.: буква «р» — начальная буква датского слова potenz — «математическая степень», буква «Н» — символ водорода.

С помощью реакция растворов характеризуется так: нейтральная , кислая , щелочная . Наглядно зависимость между концентрацией ионов водорода, величиной и реакцией раствора можно выразить следующим образом: чем меньше , тем больше концентрация ионов , т. е. выше кислотность среды; и наоборот, чем больше , тем меньше концентрация ионов , т. е. выше щелочность среды.

В качестве примера можно привести значения некоторых растворов и указать соответствующую им реакцию среды. Так, у желудочного сока (сильнокислая реакция), у торфяной воды (слабокислая), у дождевой воды (слабокислая), у водопроводной воды (слабощелочная), у крови (слабощелочная), у слюны (слабокислая), у слез (нейтральная).

Исключительно важно знать значение и регулировать его для управления различными явлениями и процессами и в природе, и в технике. Многие производственные процессы в химической, пищевой, текстильной и других отраслях промышленности протекают лишь при определенной реакции среды. Наш организм нормально функционирует только тогда, когда и в крови, и в тканевых жидкостях важнейших органов поддерживается определенное соотношение и -ионов (с незначительными колебаниями) .

Качественно кислотность или щелочность среды определяют с помощью обычных индикаторов (лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый). В условиях производства применяют весьма точные инструментальные методы определения — с помощью прибора -метра.