Що таке дисоціація води?

Окремим випадком дисоціації (процесу розпаду більш великих часток речовини - молекул іонів або радикалів - на частинки меншого розміру) є електролітична дисоціація, при якій нейтральні молекули речовини, званого електролітом, в розчині (в результаті впливу молекул полярного розчинника) розпадаються на заряджені частинки: катіони і аніони. Цим пояснюється здатність розчинів електролітів проводити струм.

Прийнято ділити все електроліти на дві групи: слабкі і сильні. Вода відноситься до слабких електролітів, дисоціація води характеризується невеликою кількістю дисоційованому молекул, так як вони досить стійкі і практично не розпадаються на іони. Чистий (без домішок) вода слабо проводить електричний струм. Це обумовлено хімічною природою самої молекули, коли позитивно поляризовані атоми водню впроваджені в електронну оболонку порівняно невеликого атома кисню, який поляризований негативно.

Сила і слабкість електролітів характеризується ступенем дисоціації (позначається alpha-, часто ця величина виражається у% від 0 до 100 або в частках одиниці від 0 до 1) - здатністю розпадатися на іони, тобто відношенням кількості розпалися частинок до числа частинок до розпаду. Такі речовини, як кислоти, солі і підстави під дією полярних молекул води розпадаються на іони повністю. Дисоціація води супроводжується розпадом молекул Н2О на протон Н + і гідроксильну групу ОН. Якщо уявити рівняння дисоціації електроліту у вигляді: М = К ++ А-, тоді дисоціація води може бути виражена рівнянням: Н2Оharr-Н ++ ОН-, а рівняння, за допомогою якого розраховується ступінь дисоціації води, можна представити у двох видах (через концентрацію утворилися протонів або концентрацію утворилися гідроксильних груп): alpha - = [Н +] / [Н2О] або alpha - = [ОН -] / [Н2О]. Так як на величину alpha- впливає не тільки хімічна природа речовини, але і концентрація розчину або його температура, то прийнято говорити про удаваній (уявної) ступеня дисоціації.

Схильність молекул слабких електролітів, включаючи воду, розпадатися на іони більшою мірою характеризується константою дисоціації (окремий випадок константи рівноваги), яку прийнято позначати, як Кд. Для розрахунку цієї величини застосовується закон діючих мас, який встановлює співвідношення між масами отриманих та вихідних речовин. Електролітична дисоціація води - це розпад вихідних молекул води на протони водню і гідроксильну групу, тому константа дисоціації виражається рівнянням: Кд = [Н +] • [ОН -] / [Н2О]. Ця величина для води є постійною і залежить тільки від температури, при температурі, що дорівнює 25оС, Кд = 1.86•10-16.

Знаючи молярну масу води (18 грам / моль), а також нехтуючи концентрацією дисоційованому молекул і беручи масу 1 дм3 води за 1000 г, можна розрахувати концентрацію недіссоціірованних молекул в 1 дм3 води: [Н2О] = 1000 / 18,0153 = 55,51 моль / дм3 . Тоді з рівняння константи дисоціації можна знайти твір концентрацій протонів і гідроксильних груп: [Н +] • [ОН -] = 1,86•10-16•55,51 = 1•10-14. При витяганні квадратного кореня з отриманої величини отримують концентрацію протонів (іонів водню), визначальну кислотність розчину і рівну концентрації гідроксильних груп: [Н +] = [ОН -] = 1•10-7.

Але в природі води такої чистоти не існує через присутність у ній розчинених газів або забруднення води іншими речовинами (фактично вода - це розчин різних електролітів), тому при 25оС концентрація протонів водню або концентрація гідроксильних груп відрізняється від величини 1•10-7. Тобто кислотність води обумовлена протіканням не тільки такого процесу, як дисоціація води. Водневий показник є негативним логарифмом концентрації водневих іонів (рН), він введений для оцінки кислотності або лужності води та водних розчинів, так як числами з негативними ступенями користуватися скрутно. Для чистої води рН = 7, але так як в природі чистої води немає, і дисоціація води протікає поряд з розпадом інших розчинених електролітів, то водневий показник може бути менше або більше 7, тобто для води, практично, рНne-7.