Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Автопротолиз немесе екі су молекуласы арасындағы протон алмасу
Autoprotolysis or exchange of a proton between two water molecules
Судың өзіндік иондануы (судың автоиондануы, судың автопротолизі, судың автодиссоциациясы немесе жай ғана судың диссоциациясы) – таза суда немесе сулы ерітіндіде жүзеге асатын иондану реакциясы, онда су молекуласы H2O, депротонға түседі (өзінің сутек атомының ядросын жоғалтады) және гидроксид ионы OH−-ге айналады. Сутек ядросы H+, дереу басқа су молекуласын протондап, гидроний катионы H3O+ құрайды. Бұл автопротолиздің мысалы және судың амфотерлік қасиеттерін көрсетеді.
The self ionization of water (also autoionization of water, autoprotolysis of water, autodissociation of water, or simply dissociation of water) is an ionization reaction in pure water or in an aqueous solution, in which a water molecule, H2O, deprotonates (loses the nucleus of one of its hydrogen atoms) to become a hydroxide ion, OH−. The hydrogen nucleus, H+, immediately protonates another water molecule to form a hydronium cation, H3O+. It is an example of autoprotolysis, and exemplifies the amphoteric nature of water.
Тарих және жазу
Судың өзін-өзі иондауын алғаш рет 1884 жылы Сванте Аррениус иондық диссоциация теориясының бір бөлігі ретінде ұсынды, ол суды қоса алғанда электролиттердің өткізгіштігін түсіндіру үшін жасалған болатын. Аррениус өзін-өзі иондануды H2O ⇌ H+ + OH деп жазды. Сол кезде атомдық құрылым немесе субатомдық бөлшектер туралы ештеңе белгісіз болғандықтан, сутек атомынан H+ ионының электролиз кезінде пайда болуы, мысалы, натрий атомынан Na+ ионының пайда болуынан кем деп есептеуге ешқандай себебі болмады. 1923 жылы Иоганн Николаус Брёнстед пен Мартин Лоури судың өзін-өзі иондауы екі су молекуласын қамтиды деп ұсынды: H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH. Осы уақытқа дейін электрон мен ядро ашылған, ал Резерфорд ядроның атомнан әлдеқайда кіші екенін көрсеткен. Бұл нөлдік электроны бар протонға сәйкес келетін H+ жалаңаш ионын қамтиды. Брёнстед пен Лоури бұл ион ерітіндіде бос күйде болмайды, бірақ әрқашан су (немесе басқа еріткіш) молекуласына қосылып, H3O+ (немесе басқа протонды еріткіш) гидроний ионын құрайды деп ұсынды. Кейінгі спектроскопиялық деректер көрсеткендей, көптеген протондар бірден бірнеше су молекуласымен гидратталады. Гидратталған ионды ең дұрыс бейнелеу – H+(aq), мұндағы aq (сулы) су молекулаларының белгісіз немесе өзгермелі санын көрсетеді. Дегенмен, H+ және H3O+ белгілері олардың тарихи маңыздылығына байланысты әлі де кеңінен қолданылады. Бұл мақалада көбінесе гидратталған протон H3O+ ретінде бейнеленеді, бұл судың бір молекуласымен гидратталуға сәйкес келеді.
The self ionization of water was first proposed in 1884 by Svante Arrhenius as part of the theory of ionic dissociation which he proposed to explain the conductivity of electrolytes including water. Arrhenius wrote the self ionization as H2O <=> H+ + OH At that time, nothing was yet known of atomic structure or subatomic particles, so he had no reason to consider the formation of an H+ ion from a hydrogen atom on electrolysis as any less likely than, say, the formation of a Na+ ion from a sodium atom. In 1923 Johannes Nicolaus Brønsted and Martin Lowry proposed that the self ionization of water actually involves two water molecules: H2O + H2O <=> H3O+ + OH By this time the electron and the nucleus had been discovered and Rutherford had shown that a nucleus is very much smaller than an atom. This would include a bare ion H+ which would correspond to a proton with zero electrons. Brønsted and Lowry proposed that this ion does not exist free in solution, but always attaches itself to a water (or other solvent) molecule to form the hydronium ion H3O+ (or other protonated solvent). Later spectroscopic evidence has shown that many protons are actually hydrated by more than one water molecule. The most descriptive notation for the hydrated ion is H+(aq), where aq (for aqueous) indicates an indefinite or variable number of water molecules. However the notations H+ and H3O+ are still also used extensively because of their historical importance. This article mostly represents the hydrated proton as H3O+, corresponding to hydration by a single water molecule.
Судағы иондану тепе-теңдігі
Судағы ауыр су қоспаларының тепе-теңдігіне бірнеше түрлер қатысады: H2O, HDO, D2O, H3O+, D3O+, H2DO+, HD2O+, HO−, DO−.
In water–heavy water mixtures equilibria several species are involved: H2O, HDO, D2O, H3O+, D3O+, H2DO+, HD2O+, HO−, DO−.
Судың бейтарап нүктесімен байланысы
Су молекулалары тең мөлшерде H3O+ және OH− иондарына ыдырайды, сондықтан олардың концентрациясы 25 °C және 0,1 МПа температура мен қысымда шамамен 1.00-ге тең болады. H3O+ және OH− иондарының концентрациясы бір-біріне тең болатын ерітінді бейтарап ерітінді деп есептеледі. Нейтральдік нүктедегі pH сандық тұрғыдан pKw-ға тең. Таза су бейтарап, бірақ көптеген су сынамаларында қоспалар болады. Егер қоспа қышқыл немесе сілті болса, ол гидроний ионы мен гидроксид ионының концентрациясына әсер етеді. Ауамен байланысқан су сынамалары көмірқышқыл газын сіңіріп, көмір қышқылын (H2CO3) түзетіндіктен, H2CO3 + H2O = HCO3− + H3O+ реакциясы нәтижесінде H3O+ ионының концентрациясы артады. Бұл жағдайда OH− ионының концентрациясы белгілі температура мен қысымда [H3O+][OH−] көбейтіндісі тұрақты болатындай төмендейді. Осылайша, мұндай су сынамалары сәл қышқыл болады. pH-ты дәл 7.0-ке тең ұстау үшін тиісті буферлік ерітінді қолдану қажет.
Water molecules dissociate into equal amounts of H3O+ and OH−, so their concentrations are almost exactly 1.00 at 25 °C and 0.1 MPa. A solution in which the H3O+ and OH− concentrations equal each other is considered a neutral solution. In general, the pH of the neutral point is numerically equal to pKw. Pure water is neutral, but most water samples contain impurities. If an impurity is an acid or base, this will affect the concentrations of hydronium ion and hydroxide ion. Water samples that are exposed to air will absorb some carbon dioxide to form carbonic acid (H2CO3) and the concentration of H3O+ will increase due to the reaction H2CO3 + H2O = HCO3− + H3O+. The concentration of OH− will decrease in such a way that the product [H3O+][OH−] remains constant for fixed temperature and pressure. Thus these water samples will be slightly acidic. If a pH of exactly 7.0 is required, it must be maintained with an appropriate buffer solution.