Электрохимия ионов
Н. — Но в химии я не так-то силен.
Л. — Беда не велика. Тебе сейчас достаточно лишь знать, что химические реакции представляют собой не что иное, как электрические взаимодействия между различными ионами (сейчас я говорю только о химии растворов). Кислотой называют вещество, которое в растворе освобождает водородные ионы Н , т. е. водородные атомы, потерявшие свой электрон.
Н. — Следовательно, это протоны.
Л. — Совершенно верно. И эти протоны горят желанием возвратить утерянный электрон, и чаще всего они забирают его у отрицательных ионов, обладающих избытком электронов. Например, в растворах имеются ионы, именуемые гидроксильной группой ОН», состоящие из одного атома кислорода, одного атома водорода и одного лишнего электрона. Эти ионы стремятся соединиться с нонами Н .
Н. — И что получается в результате?
Л. — Просто-напрасто вода Н2О — нейтральное соединение. Молекулы воды в свою очередь имеют некоторую тенденцию распасться на ионы Н и ОН-, но таких молекул крайне мало: чистая вода очень плохо проводит электрический ток. Происходящую реакцию записывают следующим образом:
Н2О = H OH-
Двойная стрелка обозначает, что реакция может происходить в обоих направлениях, но происходит она преимущественно в направлении справа налево. На основе одного химического закона можно доказать, что произведение количества содержащихся в воде ионов Н (концентрация, обозначается |Н |) на количество содержащихся в воде ионов ОН- (обозначается |ОН-|) всегда постоянно и равно | Н | X | ОН- | = 10-14.
Н. — В самом деле, не очень много! Это составляет одну стотысячную одной миллиардной! Как же обозначают цифрами такие концентрации?
Рис. 34. Если к двум опущенным в воду электродам приложить разность потенциалов, то ионы Н направятся к катоду, где получат недостающий им электрон и превратятся в водород. Это явление называется электролизом (ионы ОН- отдают свой заряд на аноде и разлагаются с выделением кислорода).
Л. — Их выражают в «грамм-ионах на литр» (г-ион/л), т. е. числом, показывающим, сколько раз 1 г ионов Н или 17 г ионов ОН- содержатся в литре (что соответствует 6 • 1023 настоящих ионов). Само собой разумеется, что взвесить ионы нельзя, так как нет возможности получить их в свободном состоянии. Но их количество можно определить косвенными методами. Например, можно возвратить ионам Н недостающие им электроны, в результате чего получится газ водорода (рис. 34), объем которого можно замерить, а это даст нам и вес (примерно 1 г на 11 л).