Автойонизация на водата

Тук има две водни молекули. Обикновено водните молекули формират водородни връзки помежду си. Това се случва заради полярността на водните молекули. Говорили сме за това – те се плъзгат една край друга, а водородните връзки придават уникалните свойства на водата. Но химията понякога е много по-сложна, отколкото изглежда на нашите диаграми. Има всякакви чудати взаимодействия. Всички тези неща се блъскат едно друго в различни посоки. И не само молекулите се блъскат по различни начини. Електроните също подскачат наоколо и средно могат да прекарат повече време около кислорода, което оформя частично отрицателен заряд в този край и частично положителен заряд около водородните атоми, тъй като техните собствени електрони са отмъкнати от тях. Всъщност това създава водородните връзки. Но тук непрекъснато има промени, защото всичко подскача напред-назад. Всичко е въпрос на вероятности. И можем да си представим, че при правилните условия един кислороден атом, по-точно една водна молекула може да закачи тази водна молекула по правилния начин, така че тези електрони – ето тези електрони – да се доближат достатъчно близо, че да сграбчат този водород. Но това не сграбчва целия водород. Не сграбчва ядрото и електрона. Нека нарисувам един стандартен водороден атом. Стандартният водороден атом е просто един протон, просто протон в ядрото. Всъщност, най-популярният изотоп на водорода няма неутрон, затова е просто протон в ядро. И електрон, който обикаля около него. Така че това тук е положително. Всъщност може да го нарисувам така. Имаме положителен протон, имаме и отрицателен електрон, който обикаля край него. По-скоро в орбитала, този електрон всъщност просто подскача наоколо. Но можем да си представим как тези електрони в в тази ковалентна връзка вече са сграбчени, сграбчени са от този кислороден атом. Всъщност това създава този частично отрицателен заряд тук и този частично положителен заряд тук. Тези електрони ще бъдат привлечени към този частично положителен заряд. Не забравяй, че тук има частично отрицателен заряд, а това всъщност създава водородната връзка. А този електрон всъщност може да се свърже с водородния протон, докато и двата електрона, включително този, който е бил част от водорода, или за който можем да приемем че е бил част от водорода, са сграбчени от този кислород. И при тези обстоятелства, не казвам, че се случва непрекъснато, но при правилните условия, това би могло да се случи, а резултатът ще е, че това нещо тук, вместо неутрална водна молекула, ще изглежда ето така. Така че имаме кислород, имаме не само два водорода, но имаме и трети водород. Имаме трети водород. Имаме тези две ковалентни връзки, тези ковалентни връзки, тази несподелена електронна двойка. И сега тази несподелена двойка, която съм заградил в синьо, тя вече е споделена с този водороден протон. Този електрон на водорода тук е сграбчен от кислорода. Така че се е оформила друга ковалентна връзка. И затова този юнак тук, той е изгубил водородния протон, но е запазил всичките електрони. Този юнак ще изглежда така. Има кислород, който сега ще е свързан само с един водороден атом. Има тези двете първоначални несподелени двойки. Тези две първоначални несподелени двойки тук. Тук остават и двата електрона от ковалентната връзка. И двата електрона от ковалентната връзка. Така че тук ще има още една несподелена двойка. И тази молекула е получила протон, без да получи електрони. И ако това стане, ще получим нетен позитивен заряд за тази молекула. А ето тази тук... Ох, нека просто го запиша. Искам да го напиша малко по-ясно. Тази молекула плюс тази. Тази е загубила протон, без други промени. Затова сега има отрицателен заряд. И ето така от две неутрални водни молекули получихме два йона. И то различни. Този от ляво, който сега има три водорода и един кислород – H3O, сега има положителен заряд. Ще оцветя О в различен цвят. H3O. Има положителен заряд и се нарича "хидрониев йон". Хидрониев йон. А този тук, който е OH минус, този е OH – само да намеря правилния цвят... OH минус. Нарича се "хидроксиден йон", или просто "анион", тъй като е отрицателен. Просто ще напиша хидроксиден... Хидроксиден йон. Та имаме тази вода, която при правилните условия, не се случва често, но при правилните условия една молекула би могла да отмъкне водородния протон от другата водна молекула. А тази водна молекула ще запази и двата електрона, така че получаваме йони. Молекулите автоматично са станали йони, а този процес се нарича "автойонизация на водата". Нека го запиша, думата е голяма и хубава. Автойонизация на водата. Искам наистина да обясня какво се случва. Този водород, който виждаме тук, първо е бил протон и електрон обичайният изотоп на водорода всъщност няма неутрон. Но този електрон е бил отмъкнат. Този електрон е бил част от тази връзка, но е бил отмъкнат, затова накрая е останал този протон, а този протон отива при другата водна молекула и ѝ придава положителен заряд. Можеш да запиташ колко често става това? Колко често срещаме хидрониеви йони във водата? Нека нарисувам един съд с вода, да приемем, че това е литър вода. Един литър вода. В общия случай концентрацията на хидрониеви йони, концентрацията на H3O в общия случай – при писане слагаме квадратни скоби, когато искаме да отбележим концентрация, е едно по десет на минус седма молара. Това е моларна концентрация, моларна означава "мол на литър". Това е същото като 1 по 10^(–7) мола на литър. Може би се чудиш "Ама какво е мол?" Съветвам те да изгледаш клипа за моловете, но най-общо молът е количество. Това е като да кажеш "дузина", но е много повече. Дузината означава 12 на брой. Молът е приблизително равен на... нека го запиша. Приблизително равен на 6,02 по десет на 23-та степен. Обикновено измерваме количество молекули. Един мол от дадено вещество означава приблизително 6,022 по десет на 23-та молекули от това вещество. Може да си чудиш: "1 по 10^–7 по 6,02 по 10^23, колко ще се получи всъщност?" Нека го запиша. Едно по десет на минус седма, мола на литър, по, ей така ще го направя, по шест, ще кажа просто шест, тъй като ще го сметнем само приблизително. Приблизително шест по десет на 23-та. Шест по десет на 23-та молекули на мол. Тези двете ще се унищожат, ще умножим тези две числа, и ще получим шест по... да видим. Десет на минус седма по десет на двадесет и трета, това ще ни даде десет на 16-та степен молекули на литър. Молекули на литър. Първата ти реакция ще е: "Леле, Боже!" "Ще имам около 6 по 10^16 молекули хидроний в един литър вода? Това е много, те са навсякъде!" Но не трябва да забравяме, че в съда има и много водни молекули. Всъщност един литър вода съдържа приблизително 56 мола H2О. Можем да го кажем така – един литър вода има едно по... ще го направя тук, едно по десет на минус седма мола H3O за всеки 56 мола от H2O. Ако погледнеш това съотношение, ще разбереш. Отношението 1 по 10^–7 върху 56. Нека го напиша тук. Това е същото като едно по десет на минус седма степен, върху 56 е равно на – просто ще умножа и двете страни и числителя, и знаменателя, по десет на седма. Ако пресметнем това, ще се получи – отношението на хидроний към обикновена нейонизирана вода Н2О – ще умножа 56 по десет на седма, тоест ще стане пет, нека използвам същия цвят, получавам петдесет и шест и после добавям седем нули. Ще ги напиша. Една, две, три, четири, пет, шест, седем. Така че съотношението между хидрониеви йони и водни молекули е едно на 560 милиона. И макар да изглежда, че ще имаме голям брой молекули, по-точно на хидрониеви йони, в този литър вода, на всеки от един такъв йон реално ще имаме петстотин и шейсет милиона молекули H2O. Това ще ти помогнеш да разбереш, колко рядко се срещат тези йони. Всъщност ще виждаш това отляво много по-често, отколкото това тук отдясно – йонизирана вода. Ако искаме да направим тези стрелки по такъв начин, че да показват от коя страна е равновесието, то тази, сочеща наляво, ще е много по-дълга. Затова ще я направим по-голяма. Но това също ти дава идея колко много молекули има в един литър вода.