Протекающую реакцию записывают следующим образом:

Двойная стрелка обозначает, что реакция может протекать 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+| х | ОН– | = 10– 14.

Н. — В самом деле, не очень много! Это составляет одну стотысячную одной миллиардной! Как же обозначают цифрами такие концентрации?

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– содержится 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 водород (рис. 34), объем которого можно замерить, а это даст нам и вес (примерно 1 г на 11 л).

Н. — По твоему уравнению диссоциации количество ионов Н+ должно точно соответствовать количеству ионов ОН– . Разве не так?

Л. — Да, если бы я не добавил в воду постороннее вещество. Ну и раз ты находишься на верном пути, скажи мне, какова концентрация ионов Н+ в чистой воде.

Н. — Это можно рассчитать. Если | Н+| = | ОН– |, а их произведение равно 10– 14, то концентрация каждого из названных ионов составляет 10– 7.

Л. — Прекрасно. Если теперь я добавлю в воду кислоту, которая высвобождает большое количество ионов Н+, то концентрация ионов ОН– снизится, потому что произведение | Н+| х | ОН– | остается равным 10– 14. Чем больше ионов Н+, тем более выраженный кислотный характер приобретает раствор. Теперь принято измерять количество ионов Н+ в растворе и обозначать его логарифмом в сопровождении значка Н+, эту величину называют водородным показателем pH раствора.

Н. — О! Опять логарифмы! Они приводят меня в ужас.

Л. — Все это не так страшно. Запомни только логарифмы некоторых чисел:

Н. — Значит, логарифм всего лишь показатель степени числа 10?

Л. — Видишь, ты сам это понял. Когда говорят, что pH раствора, например, 6, это означает, что концентрация ионов Н+ в этом растворе составляет 10– 6. Ты знаешь, что очень чистая вода имеет показатель pH, равный 7. У кислых растворов показатель pH меньше 7…

Н. — Нет, ты ошибаешься! В кислых растворах концентрация ионов Н+ выше.

Л. — Подожди, Незнайкин, разве ты не согласен, что 10– 2 (или 0,01) все же больше, чем 10– 7 (или 0,0000001)?

Н. — Согласен, ты прав. Но скажи, пожалуйста, до какого уровня может опуститься показатель pH в очень кислых растворах?

Л. — При pH = 0 в растворе в каждом литре содержится 1 грамм-ион Н+. А так как концентрация этих ионов может быть немного выше, то величина pH может спуститься несколько ниже нуля — почти до —1.

И наоборот, в основных (или щелочных) растворах, куда добавили ионов ОН– , концентрация ионов Н+ опускается ниже уровня 10– 7 и может дойти до 10– 14 (когда на каждый литр раствора приходится 1 грамм-ион ОН– ) и показатель pH может достичь 14.

Иногда показатель может еще повышаться почти до 15, но эти случаи носят скорее характер исключения, чем правила.

Н. — Но тогда величину pH совершенно невозможно измерить?

Л. — Почему ты думаешь, что при высоких значениях pH, иначе говоря у щелочных растворов, труднее измерить этот показатель?

Н. — Да потому, что даже с помощью точных измерительных приборов невозможно измерить количество ионов, когда в литре их всего лишь 10– 12 или того меньше.

Л. — Ты совершенно прав, если пользоваться химическими методами (они бессильны уже при pH = 3). На практике же пользуются электрическими измерениями. Установили, что, когда тонкая перегородка из специального стекла разделяет два раствора с pH соответственно pH1 и рН2 (рис. 35), образуется электрическая батарея, э. д. с. которой примерно равна: