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2023-06-30
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在水溶液中,带正电荷的质子H+和极性水分子的带负电荷的一端结合在一起,成为水合氢离子(水合质子)H3O+,因此式(1-52)可以写为:
因而在水分子之间存在着质子的传递作用,这种作用的平衡常数称为水的离解常数,用K表示:
水合质子H3O+常简写为H+,因而式(1-54)可以简写为K=[H+]·[OH-]。常数K也就是水的离子积,在25℃时,等于10-14,因而:
K只与温度有关,而与溶液中H+及OH-的浓度无关。水溶液中H+及OH-的浓度反映了溶液的酸碱性。
我们知道,溶液中H+的有效浓度(活度)用负对数表示,即:
水电离时所产生的H+和OH-数量相等,在不含任何杂质的纯水中:
用负对数形式表示时,则:
pH=pOH=7
pH+pOH=14
当pH=7时,表示水呈中性。
当pH>7时,水中[OH-]>[H+],水呈碱性,pH越大,水的碱性越强。
当pH<7时,水中[H+]>[OH-],水呈酸性,pH越小,水的酸性越强。
由于水的电离,在纯水中也存在着氢离子,纯水中的pH=7,但作为复杂溶液的天然水中,氢离子的浓度并不决定于水分子的离解,而主要决定于CO2与及离子间的对比关系。
分子状态的两种碳酸之间存在着平衡:
平衡时,CO2形态占最主要地位,一般用[CO2]或者[H2CO3]来代表游离碳总量,即:
[H2CO3]=[CO2]=[CO2+H2CO3]
碳酸为二元弱酸,可进行分级电离,其中第一级电离为:
这就是说,水中[H+]与CO2含量成正比,与含量成反比。因此,当水中溶有CO2时,pH一般较低。而当CO2自水中逸出时,pH增大。
在蒸馏水中,由于溶解了CO2,所以水呈酸性反应。如在16℃的蒸馏水中,当与空气中的CO2相平衡时,其中溶解的CO2为6×10-4g/L,即1.36×10-5mmol/L。
将水置于CO2气体可以得到pH的最低值,约为2.8。
事实上,当温度为0℃,CO2分压为一个大气压时,CO2在水中的溶解度等于3.35g/L(或0.076mmol/L),因此,可以得到与上面相近的pH:
在一般情况下,CO2分压不能达到上述数值,同时,由于天然水中有,因此水的pH总是大于2.8。
对大多数天然水来说,其pH在6.5~8.5变化。
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