Уравнение диссоциации воды. Ионное произведение воды: определение, выражение. Его температурная зависимость. Кислая, нейтральная и щелочная среды. Водородный и гидроксидный показатели: определения, области значений, взаимосвязь между ними. Уравнения диссоциации сильных кислот и щелочей. Расчет [Н+], [ОН-], рН х РОН в с М растворах сильных кислот и щелочей. Кислотно-основное равновесие организма, его биохимическое значение. Кислотность биологических жидкостей: кровь, моча, желудочный сок.

Химия — СПбГПМУ, Педиатрический факультет

<p class="lead">

Вода — слабый электролит, который в незначительной степени диссоциирует на ионы. Понимание этого процесса лежит в основе понятия pH, которое является ключевой характеристикой кислотности среды, в том числе в биологических жидкостях.

</p>

<h2>1. Электролитическая диссоциация воды</h2>

<p>

Вода диссоциирует обратимо, образуя катион водорода (протон) и гидроксид-анион:

</p>

<div class="formula" data-number="1">

H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻

</div>

<div class="edu-block block-note">

<div class="edu-block-title">

💡 Уточнение

</div>

<p>

Более точно процесс описывается как перенос протона между молекулами воды с образованием иона гидроксония H₃O⁺:

<br>

2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻

<br>

Однако для упрощения часто используют запись H⁺.

</p>

</div>

<h2>2. Ионное произведение воды (<var>K_w</var>)</h2>

<div class="edu-block block-definition">

<div class="edu-block-title">

📖 Определение

</div>

<p>

<strong>Ионное произведение воды</strong> — это произведение равновесных молярных концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов.

</p>

</div>

<div class="formula" data-number="2">

K_w = [H⁺] · [OH⁻]

</div>

<p>

При температуре 25°C эта величина постоянна:

</p>

<div class="formula" data-number="3">

K_w = 10⁻¹⁴

</div>

<p>

В чистой воде концентрации ионов равны:

<br>

[H⁺] = [OH⁻] = √10⁻¹⁴ = 10⁻⁷ моль/л.

</p>

<h3>Влияние температуры</h3>

<p>

Диссоциация воды — эндотермический процесс (поглощение тепла). Поэтому при повышении температуры диссоциация усиливается, и значение <var>K_w</var> растёт.

<br>

<em>Пример:</em> При 100°C <var>K_w</var> ≈ 5,5 · 10⁻¹³.

</p>

<h2>3. Характер среды</h2>

<p>

В зависимости от соотношения концентраций ионов H⁺ и OH⁻ различают три типа среды:

</p>

<ul>

<li><strong>Нейтральная среда:</strong> [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ моль/л.</li>

<li><strong>Кислая среда:</strong> [H⁺] > [OH⁻] (т.е. [H⁺] > 10⁻⁷).</li>

<li><strong>Щелочная среда:</strong> [H⁺] < [OH⁻] (т.е. [H⁺] < 10⁻⁷).</li>

</ul>

<h2>4. Водородный показатель (pH)</h2>

<div class="edu-block block-definition">

<div class="edu-block-title">

📖 Определение

</div>

<p>

<strong>pH</strong> (pondus Hydrogenii) — это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода.

</p>

</div>

<div class="formula" data-number="4">

pH = −lg[H⁺]

</div>

<p>

Аналогично вводится гидроксидный показатель (pOH):

</p>

<div class="formula" data-number="5">

pOH = −lg[OH⁻]

</div>

<p>

Связь между ними (при 25°C):

</p>

<div class="formula" data-number="6">

pH + pOH = 14

</div>

<h2>5. Расчёт pH в растворах сильных электролитов</h2>

<p>

Сильные кислоты и основания диссоциируют в воде полностью (<var>α</var> ≈ 1).

</p>

<h3>Пример 1: Сильная кислота (HCl)</h3>

<p>

Найти pH 0,01 М раствора HCl.

</p>

<div class="edu-block block-example">

<div class="edu-block-title">

✅ Решение

</div>

<p>

1. Уравнение диссоциации: HCl → H⁺ + Cl⁻

<br>

2. Так как диссоциация полная, [H⁺] = <var>C</var>(HCl) = 0,01 моль/л = 10⁻².

<br>

3. pH = −lg(10⁻²) = <strong>2</strong>.

</p>

</div>

<h3>Пример 2: Сильное основание (NaOH)</h3>

<p>

Найти pH 0,001 М раствора NaOH.

</p>

<div class="edu-block block-example">

<div class="edu-block-title">

✅ Решение

</div>

<p>

1. Уравнение диссоциации: NaOH → Na⁺ + OH⁻

<br>

2. [OH⁻] = <var>C</var>(NaOH) = 0,001 моль/л = 10⁻³.

<br>

3. pOH = −lg(10⁻³) = 3.

<br>

4. pH = 14 − pOH = 14 − 3 = <strong>11</strong>.

</p>

</div>

<h2>6. Кислотно-основное равновесие в организме</h2>

<p>

Постоянство pH биологических жидкостей — важнейший параметр гомеостаза. Даже небольшие отклонения могут привести к нарушению работы ферментов и гибели клеток.

</p>

<h3>Нормальные значения pH:</h3>

<ul>

<li><strong>Кровь (плазма):</strong> 7,36 – 7,44 (слабощелочная).

<ul>

<li>pH < 7,36 — ацидоз (закисление).</li>

<li>pH > 7,44 — алкалоз (защелачивание).</li>

</ul>

</li>

<li><strong>Желудочный сок:</strong> 1,5 – 2,0 (сильнокислая).</li>

<li><strong>Моча:</strong> 5,0 – 7,0 (обычно слабокислая, зависит от диеты).</li>

<li><strong>Слюна:</strong> 6,4 – 7,2.</li>

</ul>

<div class="edu-block block-important">

<div class="edu-block-title">

⚠️ Важно!

</div>

<p>

Для поддержания постоянства pH в организме существуют <strong>буферные системы</strong> (бикарбонатная, фосфатная, белковая, гемоглобиновая), которые нейтрализуют избыток кислот или оснований.

</p>

</div>

Все вопросы раздела: Подготовка к экзамену по химии по билетам прошлого года