Chemia wody
Chemia wody w pigułce cz I - Dysocjacja wody i pH
Chemia wody w pigułce cz I - Dysocjacja wody i pH
Po rozpuszczeniu substancji w wodzie może zachodzić zjawisko dysocjacji. Generalnie można wyróżnić 3 kategorie substancji:
Ta częściowa dysocjacja będzie odpowiedzialna za parametry wody w akwarium. Podobnie zachowują się zasady, ale jedyna słaba zasada, która może mieć znaczenie w akwarium, to amoniak NH3 i lepiej, by go nie było. Ale najpierw woda. Otóż woda także dysocjuje wg równania H2O = H+ + OH–. Bliżej prawdy będzie 2H2O = H3O+ + OH–, a jeszcze bliżej 8H2O = H9O4+ + H7O4–, bo jony w wodzie są solwatowane (na rysunku poniżej przedstawiłem te jony).
Jednak nie przesadzajmy z komplikowaniem sobie życia i zapis H+ potraktujmy jako umowny. Tu kolejna dygresja, dopuszczalny jest zapis równania reakcji chemicznej z użyciem znaku równości zamiast dwóch strzałek i oznacza to samo - stan równowagi chemicznej (niedopuszczalna jest natomiast strzałka z dwoma grotami, oznaczająca zupełnie co innego – struktury rezonansowe). To oznacza, że reakcja nie przebiega do końca, lecz ustalają się pewne stężenia substancji po obu stronach równania. Stężenia te (oznaczane np. nawiasami kwadratowymi [H2O] i wyrażane w mol/dm) określone są tzw. stałą równowagi, która, jak nazwa wskazuje, jest stała (w określonej temperaturze). Całość opisana jest wzorem, który dla wody wygląda tak: K=[H+][OH–]/[H2O]. Jeśli w równaniu reakcji przed związkiem będzie liczba inna niż 1, stężenie tej substancji we wzorze trzeba podnieść do takiej potęgi, np. dla reakcji N2 + 3H2 = 2NH3 wzór będzie miał postać K=[NH3]2/[N2][H2]3 (w tym przypadku będą inaczej wyrażone stężenia, bo reakcja zachodzi w fazie gazowej, ale to kompletnie nieistotne dla samego zjawiska). Dodatkowo, równowaga oznacza, że jeśli zwiększymy stężenie któregoś związku uczestniczącego w tworzeniu równowagi - reakcja przebiegnie w drugą stronę, by nowe stężenia wciąż spełniały wyrażenie na stałą równowagi.
A teraz woda:
Dla rozcieńczonych roztworów wodnych (jak woda w kranie lub akwarium) nie popełnimy dużego błędu, jeśli przyjmiemy, że [H2O] jest stałe. Wówczas iloczyn [H+][OH–] też jest stały. Tak otrzymaliśmy pojęcie iloczyn jonowy wody Kw=[H+][OH–], który wynosi w temperaturze 25°C 10–14. Już z tego widać, że stężenia jonów H+ w wodzie są bardzo małe, w idealnie czystej wodzie [H+]=[OH–]=10–7. Jeśli dodamy np. kwasu solnego w ilości 0,0001 mola na 1L wody to [H+] wyniesie 10–4 a [OH–] 10–10. Ponieważ posługiwanie się takimi liczbami jest niewygodne, stosuje się trochę zmodyfikowany zapis tego stężenia - zamiast pisać 10–7, piszemy sam wykładnik, a aby było jeszcze wygodniej - obcinamy minus. W ten sposób napiszemy 7 zamiast 10–7 i 5,5 zamiast 3,2×10–6 (bo 3,2×10–6=10–5,5). Aby zaznaczyć ten odmienny sposób wyrażania stężenia dodajemy małą literkę p, otrzymując pH! Analogicznie pKw=14. W szkole zazwyczaj podaje się w tym miejscu tajemniczy wzór pH=–log[H+], co oznacza dokładnie to samo, tylko w trudniejszy sposób.
Jeszcze tylko wyjaśnienie, co to mol. Otóż podstawową jednostką masy w układzie SI jest kilogram, jednak nie zawsze jest to jednostka wygodna. Dlatego często mówimy, że na azotanów w 1L wody jest 12mg, a nie 1,2×10–5kg. W reakcjach chemicznych biorą udział cząsteczki, które są jednak bardzo małe i znów – niewygodnie byłoby podawać bezpośrednio liczbę cząsteczek biorących udział w konkretnej reakcji. Dlatego stosuje się inną jednostkę ilości cząsteczek, czyli właśnie mol, który oznacza po prostu pewną liczbę cząsteczek (całkiem dużą liczbę, 6,02×1023 - w ten sposób łatwiej opisywać reakcje, bo 1mol wody odpowiada masie 18g). W przypadku wody kranowej lub akwariowej można stosować jednostki mniejsze, np. mmol (milimol), który bardziej odpowiada ilościom miligramowym.
http://aquawawa.pl/glony/44-dysocjacja-kwasow



