Kyseliny a zásady
Přihlásit se
Kyseliny a zásady (3/15) · 10:55

Autoionizace vody I perfektně čistá voda obsahuje ionty. V tomto videu se dozvíme, jak vznikají a kolik jich je.

Navazuje na Chemické reakce a rovnováhy.
Mám zde dvě molekuly vody a obvykle tyto molekuly, když spolu navzájem reagují, tvoří vodíkové můstky, což je způsobeno polaritou molekul vody. Hodně jsme o tom mluvili, molekuly po sobě navzájem kloužou a tyto vodíkové můstky jim dávají všechny ty skvělé vlastnosti vody. Ale chemie je mnohem chaotičtější než naše diagramy a vysvětlení ukazují. Je tady spousta bláznivých interakcí. Všechny tyhle věci do sebe narážejí nejrůznějšími způsoby. Nejenže do sebe narážejí molekuly, navíc do toho všeho elektrony přeskakují všude okolo a v průměru mohou strávit více času v okolí kyslíku, kde tvoří částečně záporný náboj na tomto konci a tím tedy i částečně kladný náboj v blízkosti vodíků, protože jim byly jejich elektrony odebrány. To celé je vlastně důvodem vzniku vodíkových můstků. Neustále tu však dochází ke změnám. Neboť to celé poskakuje. Je to dost nahodilé. A jak si umíte představit, za těch správných podmínek se může jeden kyslík nebo jedna molekula vody dotknout této molekuly na správném místě tak, že tyto elektrony, že tyto elektrony se dostanou dost blízko na to, aby navázaly tenhle vodík. Ale nejde o navázání celého vodíku. Nejde a navázání jádra a elektronu, a typický atom vodíku, typický atom vodíku, raději to nakreslím. Typický atom vodíku je pouze proton, je pouze proton v jádru. Ten nejběžnější izotop vodíku nemá neutron, takže jde jen o proton v jádru s elektronem obíhajícím okolo. Takže toto je kladné... Možná to nakreslím takhle. Máte kladný proton a pak máte záporný elektron, který obíhá okolo. Vlastně je to více jako orbital. Takže tento elektron opravdu přeskakuje všude okolo. Ale mohli byste si představit, že tyto elektrony v kovalentní vazbě byly odebrány tímto kyslíkem. Tímto byl vytvořen tento parciální záporný náboj a parciální kladný náboj tady. Takže tohle bude přitahováno tímto parciálním kladným nábojem. A tady je ten parciální záporný náboj. Tím je vlastně tvořen vodíkový můstek. Bylo by možné navázat to k protonu vodíku, zatímco oba tyto elektrony, včetně toho, jenž býval součástí tohoto vodíku, jsou vázány tímto vodíkem. Za těchto podmínek, a netvrdím, že se to děje pořád, ale může se to dít pouze za určitých podmínek. A výsledkem bude, že tohle bude, namísto pouhé molekuly vody, která je neutrální, bude vypadat takto. Takže teď tu máte kyslík a máte nejen dva vodíky, nyní i třetí vodík. Teď máte třetí vodík. Jsou tu tyhle dvě kovalentní vazby, tyto kovalentní vazby, tenhle volný pár. A tenhle volný pár, který jsem zakroužkoval modře, je nyní sdílen s tímto vodíkovým protonem. Elektron z vodíku byl navázán tímto kyslíkem. Teď tu tedy máme další kovalentní vazbu. Nyní tedy ztratila tahle molekula svůj vodíkový proton, ale ponechala si všechny elektrony. Takže ta molekula bude vypadat takto. Bude mít kyslík, a bude navázána pouze k jednomu vodíku. K tomu má tyto dva původní volné páry. Tady ty původní volné páry. A ještě si vezme oba elektrony z této kovalentní vazby. Vezme si oba elektrony z této kovalentní vazby. A tak má další volný elektronový pár. Tato molekula získala pouze proton, aniž by dostala nějaký elektron. Díky tomu bude mít tato molekula kladný náboj. Tahle molekula... Napíšu to trochu jasněji. Máme tady tyto dvě molekuly. Tahle ztratila proton bez dalších změn. Nyní má tedy záporný náboj. Takto jsme tedy dostali ze dvou neutrálních molekul vody dva ionty. A tyto ionty... Tento iont vlevo, H tři O plus, má kladný náboj, Teď jsem to O napsal jinou barvou. H tři, H tři O… Toto se nazývá hydroxoniový ion. Hydroxoniový… A tenhle je OH mínus, Takže OH... Dám tam správné barvy. OH mínus. Tomu se říká hydroxidový ion. Je záporný, takže mu můžete říkat anion. Napíšu jen hydroxidový… hydroxidový ion. Takže ve vodě za správných podmínek, což se neděje často, ale za správných podmínek jedna z molekul vody naváže vodíkový proton jiné molekuly vody. A tato molekula si ponechá oba elektrony, S obou molekul se staly ionty. Tato reakce se nazývá autoionizace vody. Napíšu to, je to hezké velké slovo. Autoionizace. Autoionizace vody. Chci, aby bylo jasné, co se děje. Tenhle vodík, jak si představíte, byl na začátku proton a elektron, typický izotop vodíku totiž nemá neutron. Ale pak je tenhle elektron odtržen. Ten elektron byl součástí téhle vazby a je odtržen, takže nám zbývá jen proton, který jde k téhle molekule vody, čímž jí dává kladný náboj. Můžeme se ptát, jak často najdeme ve vodě tyto hydroxoniové ionty. Nakreslím si tady malou kádinku s vodou. je v ní třeba litr vody. Tohle je litr vody. Koncentrace hydroxoniového iontu běžně ve vodě, koncentrace H tři O ve vodě - - a píšeme závorky tam, kde jde o koncentraci - je 1 krát 7 na mínus desátou molární. Molární znamená „molu na litr“. Je to stejné jako 1 krát 7 na mínus desátou molu na litr. Pokud nevíte, co je to mol, můžete si o tom pustit video. Mol označuje množství. Je to jako říct „tucet“. Ale je to mnohem více. Tucet je něco, čeho je 12. Mol je zhruba roven… napíšu to. Mol je zhruba roven 6,02 krát 10 na mínus dvacátou třetí. 10 na dvacátou třetí něčeho. Většinou máme na mysli molekuly. Mol nějaké látky znamená přibližně 6,022 (to číslo pokračuje) krát 10 na dvacátou třetí molekul té látky. Mohli byste si říct, že 1 krát 10 na mínus sedmou krát 6,02 x 10 na dvacátou třetí, to by stejně dalo... Napišme si to. 1 krát 10 na mínus sedmou molu na litr krát… Udělám to takhle. ...krát 6, napíšu jen 6, protože to vypočteme přibližně. Čili přibližně, 6 krát 10 na dvacátou třetí. 6 krát 10 na 23 molekul na mol. Tyhle dvě se vykrátí a po vynásobení těchto dvou čísel dostanete 6 krát 10 na -7 krát 10 na 23, což bude pořád 10 na šestnáctou molekul na litr. To vám může připadat strašně moc! V litru vody bude zhruba 6 krát 10 na 16 molekul hydroxonia! To je hodně, měli bychom to pořád vidět. Ale musíme si uvědomit, že je tam také ještě spousta molekul vody. Litr vody je vlastně zhruba... Jeden litr vody obsahuje 56 molů H₂O. Můžeme si to představit tak, že v jednom litru vody mám... Napíšu to tady. Mám 1 krát 10 na -7 molů H₃O+ na každých 56 molů H₂O. Tenhle poměr je více vypovídající. Poměr 1 krát 10 na -7 ku 56. Napíšu to sem dolů. To je to samé jako... 1 krát 10 na -7 ku 56 je to samé jako... Vynásobíme obě strany, neboli čitatele a jmenovatele, krát 10 na 7. Když to uděláme, je to to samé jako jedna, jedna, poměr hydroxonia ku normální vodě, bude jedna na... Vynásobíme 56 krát 10 na 7. Napíšu to stejnou barvou, 56 a sedm nul na konci. Napíšu to. Jedna, dna, tři, čtyři, pět, šest, sedm. Čili poměr hydroxonia a normální vody je jedna molekula na každých 560 milionů. Takže i když se zdá, že v litru vody bude obrovské množství hydroxoniových molekul, tak na každou z nich připadá zhruba 560 milionů molekul H₂O. Podle toho vidíte, že tato reakce není typická. Uvidíte mnohem častěji neutrální molekuly vody oproti těmto iontům. Kdybyste chtěli, aby tyto šipky ukazovaly, kterým směrem se ustaluje rovnováha, bylo by to mnohem mnohem více doleva. Tahle šipka tedy může být o dost větší. Také to ale ukazuje, kolik molekul se skrývá v jednom litru vody.
video