Кислотность (щелочность) растворов выражают в единицах во­дородного показателя рН или градусах. В основу выражения кислотно­сти (щелочности) растворов в единицах рН положено следующее. При растворении в воде кислот или щелочей их молекулы диссоциируют (распадаются) на ионы, в силу чего химические реакции в таких растворах происходят фактически между ионами. Например, в водном растворе гидроксида натрия или хлороводорода молекулы NaOH и НС1 диссоциируют, что схематически представляется равновесными уравнениями

NaOH = Na+ + ОН-,

Неї = Н+ + С1~.

Однако в водном растворе степень диссоциации (доля распавшихся моЛекул) различных веществ различна. В частности, если молекулы NaOH и НС1 в водном растворе диссоциируют полностью,_то чистая вода лишь незначи­тельно диссоциирует на ионы Н и ОН. Диссоциация молекул воды схематически представляется уравнением

Н2о = Н+ + ОН-,

Из которого следует, что в чистой воде, то есть такой, где нет других веществ и в которой ионы Н и ОН" могут образовываться только в результату диссоциации ее молекул согласно приведенному уравнению, число ионов Н и ОН" должно быть одинаково. Опыт показывает, что при 25 С в 1 л чистой воды содержится 1x10" моль ионов Н и 1 х 10" моль ионов ОН" и что произведение их концентрация постоянно и_равно Сн х Сон" = 1 х Ю-1 моль2/л2.

В разбавленных водных растворах кислот и щелочей молярные концентрации ионов Н+ и ОН" не обязательно равны 1 х 1 О"7 моль/л, однако они взаимосвязаны и при 2 5 °С их произведение всегда равно 1 х 10"14 моль2/л2. Поэтому, зная концентрацию одного из них, всегда можно вычислить концентрацию другого.

В кислых растворах преобладают ионы Н+, следовательно, в них Сн, > 1 х 10-7 моль/л и, соответсвенно, Спн_ < 1 х Ю-? моль/л. В

? I X і и ' моль/л и, соответсвенно, V-QH____________ ч 1 X 1 и '

Щелочных растворах преобладают ионы ОН-, следовательно < 1 х 10"' моль/л и, соответственно, СОН > 1 X 10"7 нейтральной среде = Cqh_ = 10"7 моль/л. Поскольку числа со степенями не удобны для записи, вместо них используют водородный показатель рН, равный отрицательному десятичному логарифму чис- лового значения молярной Концентрации ионов водорода, выраженной в моль/л: рН = — Loq(CH+).

Пример. В растворе концентрация Сн+равна 1 х 10"4 моль/л. Тогда рН - — Loq(CH ) Loq(l х 10"4) - 4.

До этого времени мы говорили о чистой воде. Что же произойдет, если к ней прибавить в незначительном количестве кислоту или ще­лочь? Предположим, что в чистой воде мы растворили NaOH. Тогда его частицы, диссоциируя, добавят в раствор определенное число групп ОН~". Поскольку произведение концентраций ионов Н+ и ОН~ должно быть постоянно, растворение NaOH приведет к понижению числа ионов

Н+, то есть к понижению кислотности раствора.

Пример. В чистой воде растворили один моль NaOH и получили 1 л раствора с CNaOH - 1 моль/л, что соответствует СОН" - 1 моль/л. (Фактически концентрация ОН" будет большей на величину Сон - - 1 х 10" моль/л, имевшихся до растворения NaOH в чистой воде, которыми £южно пренебречь). Необходимо определить Сн+ такого раствора. Поскольку Сн х Сон" -1x10" моль /л, то Сн+ х 1 моль/л - 1 х 10" моль /л или СН+ - 1х10"14 моль/л, и полученный раствор будет иметь сильно выраженные щелочные свойства.

Предположим, что мы растворили НС1 в чистой воде. Молекулы НС1, диссоциируя, добавят в раствор дополнительное число ионов Н+, что приведет к понижению числа ионов ОН~, то есть к повышению кислотности раствора.

Пример. В чистой воде растворили орин моль НС1 и получили 1 л раствора с Сна - 1 моль/л, что соответствует Сн - 1 моль/л. Числом собственных ионов Н+ в воде можно пренебречь. Определим Сон" такого раствора. Так как CH+ х Сон - 1 X 10 моль /л, то 1 моль/л х Сон" - 1 х 10" 4 моль /л, или Сон" - 1 х 10" моль/л и полученный раствор будет иметь сильно выраженные киислотные свойства.

Обычно в водных растворах СН+ и СОН-" меньше или равно 0,1, моль/л и поэтому с учетом их взаимосвязи в таких растворах рН имеет значения от 1 до 13. Величина рН используется как мера кислотности, щелочности или нейтральности раствора: для кислой среды рН меньше 7 (рН < 7), для щелочной среды рН больше 7 (рН > 7), для нейтральной среды рН = 7.

Точно определить значения рН растворов можно только с помощью специальной аппаратуры. Оценку значений рН производят с помощью кислотно-щелочных индикаторов — веществ, которые резко изменяют свою окраску в определенной области значения рН. Некоторые из кислотно-щелочных индикаторов приведены в табл. 1.