Protolytické rovnováhy ve vodě

Protolytické rovnováhy ve vodě

 

Voda patří mezi rozpouštědla amfiprotní, takže se chová někdy jako kyselina, jindy jako zásada (viz Protolytické rovnováhy - kyseliny a zásady). Jako zásada se chová k těm rozpuštěným látkám, které snadněji odštěpují proton než voda. Naopak, jestliže rozpuštěná látka dovede poutat proton pevněji než voda, chová se voda jako kyselina.

 

Voda, podobně jako některá jiná rozpouštědla, podléhá autoprotolýze:

 

2H₂O ¬® H₃O⁺ + OH^-       (1)

 

Vzniká hydroxoniový kation a hydroxidový anion. Rovnováhu této reakce vystihuje autoprotolytická konstanta, zvaná též iontový součin vody:

 

(K_T)_H2O = a_H3O+ + a_OH-         (2)

 

Kation H₃O⁺ je vlastně hydratovaným protonem (H⁺. H₂O). Ve vodném roztoku, podobně jako v jiných rozpouštědlech, se nevyskytují volné protony. Vzorec H₃O⁺ rovněž nevystihuje přesně skutečnost, protože protony v roz­toku jsou různě hydratovány (H⁺. n H₂O), pro zjednodušení budeme dále v textu pro hydratovaný proton používat symbolu H⁺.

 

Nahradíme-li v rovnici (2) aktivity koncentracemi a H₃O⁺ symbolem H⁺, zís­káme pro iontový součin vody běžně používaný tvar

 

K_H2O = [H⁺] [OH^-]     (3)

 

Hodnota K_H2O závisí na teplotě a rozpustíme-li ve vodě elektrolyt, také na iontové síle a dielektrické konstantě roztoku.

 

Z rovnice autoprotolýzy vody je zřejmé, že v čisté vodě [H⁺] = [OH^-], tedy

 

K_H2O = [H⁺]² =[OH^-]² = 1.10^-14       (4)

 

Pro neutrální roztok platí vztah

 

[H⁺] = [OH^-] = 10^-7       (5)

 

Koncentrace iontů [H⁺] i [OH^-] ve vodných roztocích je většinou malá (menší než 1). Aby vyjadřování malých koncentrací vodíkových iontů bylo jednodušší, navrhl Sörensen používat místo údaje o koncentraci záporný logaritmus této hodnoty, který nazval vodíkový exponent a označil jako pH.

 

Platí tedy:

 

pH = -log [H⁺]            (6)

 

Tento způsob vyjadřování malých koncentrací se v chemii ujal i pro jiné složky roztoku, popř. i jiné údaje. Při tomto způsobu vyjadřování je však třeba pamatovat na to, že pX je logarit­mická funkce (takže např. součet dvou hodnot pX₁ + pX₂ vyjadřuje vlastně součin X₁.X₂, a že koncentrace, resp. hodnota konstanty se mění v obráceném, smyslu než pX, popř. pK, tj. zvětsuje-li se pX, zmenšuje se X).

 

 

Jaroslava Vávrová

.