Ионное произведение воды (ЕГЭ-ОГЭ)

Ио́нное произведе́ние воды (K_w) представляет собой произведение концентраций водородных ионов H⁺ и гидроксид-ионов OH⁻ в чистой воде или водных растворах. Эта величина характеризует степень диссоциации воды и играет существенную роль как константа в химии растворов:

{{\ce {K_{w}=[H^{+}][OH^{-}]=10^{-14}{(mol/L)}^{2}}}}

.

Диссоциация воды — процесс распада молекул воды на ионы H⁺ и OH⁻.
Константа диссоциации (K) — величина, характеризующая равновесие диссоциации вещества.
Автопротолиз — процесс самоионизации молекул растворителя, например, воды.

Вода, будучи слабым электролитом, диссоциирует по уравнению:

${{\ce {H_2O <=> H^+ + OH^-}}}$ .

Константу диссоциации воды определяют как:

${\ce {K={\frac {[H^{+}][OH^{-}]}{[H_{2}O]}}}}$ .

Так как концентрация молекул воды [H₂O] практически неизменна и приблизительно равна 55,56 моль/л, её включают в константу. Произведение же K·[H₂O] принято называть ионным произведением воды:

${{\ce {K_{w}=[H^{+}][OH^{-}]}}}$ .

При температуре 25 °C ионное произведение воды составляет:

${\ce {K_{w}=1{,}0\times 10^{-14}{(mol/L)}^{2}}}$ .

Величина K_w изменяется с температурой: при её возрастании диссоциация воды усиливается, что приводит к увеличению K_w. Эту зависимость описывает уравнение:

${{\ce {pK_w = 14,92 - 0,03992T + 0,00013122T^2}}}$ ,

где T — температура в градусах Цельсия.

Зная ионное произведение воды, можно определить концентрации ионов H⁺ и OH⁻:

${\ce {[OH^{-}]={\frac {K_{w}}{[H^{+}]}};[H^{+}]={\frac {K_{w}}{[OH^{-}]}}}}$ .

Это имеет значение при установлении кислотно-щелочных свойств раствора. Связь между pH и pOH выражается следующим образом:

${{\ce {pK_w = pH + pOH}}}$ .

При 25 °C:

В нейтральном растворе: [H⁺] = [OH⁻] = 1×10⁻⁷ моль/л, pH = 7.
В кислой среде: [H⁺] > 1×10⁻⁷ моль/л, pH < 7.
В щелочной среде: [OH⁻] > 1×10⁻⁷ моль/л, pH > 7.

Ионное произведение рассчитывают также для других растворителей, например, аммиака или этанола, что важно при исследовании кислотно-осно́вных свойств в разных химических средах.

Ионное произведение воды является важнейшим параметром в химии растворов, отражающим способность воды к самоионизации. Оно позволяет анализировать и рассчитывать кислотно-щелочное равновесие, что имеет значение в химии, биологии и экологических науках. Знание значения K_w способствует прогнозированию поведения веществ в растворах и выполнению точных аналитических измерений.

Ионное произведение воды (ЕГЭ-ОГЭ)

Основные понятия

Вывод и значение ионного произведения воды

Зависимость ионного произведения воды от температуры

Практическое значение

Ионные произведения других растворителей

Заключение