Self-ionization of water
தண்ணீரின் சுய அயனியாக்கம் (தண்ணீரின் தன்னியக்க அயனியாக்கம், மற்றும் நீரின் தன்னியக்க விலகல், அல்லது வெறுமனே தண்ணீரைப் பிரிப்பது) என்பது தூய நீரில் அல்லது நீரிய கரைசலில் ஒரு அயனியாக்கம் எதிர்வினை ஆகும், இதில் ஒரு நீர் மூலக்கூறு, H2O, டிப்ரோடோனேட்டுகள் (அதன் ஹைட்ரஜன் அணுக்களில் ஒன்றின் கருவை இழக்கிறது) ஒரு ஹைட்ராக்சைடு அயனியாக மாறுகிறது, OH−. ஹைட்ரஜன் அணுக்கரு, H +, உடனடியாக மற்றொரு நீர் மூலக்கூறை புரோட்டோனேட் செய்து ஹைட்ரோனியம் நேர்மின் அயனி, H3O + ஐ உருவாக்குகிறது. இது ஆட்டோபிரோடோலிசிஸுக்கு ஒரு எடுத்துக்காட்டு, மேலும் நீரின் ஆம்போடெரிக் தன்மையை எடுத்துக்காட்டுகிறது. வரலாறு மற்றும் குறியீடு தண்ணீரின் சுய-அயனியாக்கம் முதன்முதலில் 1884 ஆம் ஆண்டில் ஸ்வான்டே அர்ஹேனியஸ் என்பவரால் அயனி விலகல் கோட்பாட்டின் ஒரு பகுதியாக முன்மொழியப்பட்டது, இது நீர் உட்பட எலக்ட்ரோலைட்டுகளின் கடத்துத்திறனை விளக்க முன்மொழியப்பட்டது. ஆர்ஹேனியஸ் சுய-அயனியாக்கத்தை H2O <=> H + + OH-என்று எழுதினார். அந்த நேரத்தில், அணு அமைப்பு அல்லது துணை அணுத் துகள்கள் பற்றி எதுவும் இன்னும் அறியப்படவில்லை, எனவே மின்னாற்பகுப்பின் மூலம் ஒரு ஹைட்ரஜன் அணுவிலிருந்து ஒரு H + அயனி உருவாக்கம் ஒரு சோடியம் அணுவிலிருந்து ஒரு Na + அயனி உருவாக்கம் என்பதை விட குறைவாக இருக்கும் என்று கருதுவதற்கு அவருக்கு எந்த காரணமும் இல்லை. 1923 ஆம் ஆண்டில் ஜோஹன்னஸ் நிக்கோலஸ் ப்ரோன்ஸ்டெட் மற்றும் மார்ட்டின் லோரி ஆகியோர் நீரின் சுய-அயனியாக்கம் உண்மையில் இரண்டு நீர் மூலக்கூறுகளை உள்ளடக்கியதுஃ H2O + H2O <=> H3O + + OH-. இந்த நேரத்தில் எலக்ட்ரான் மற்றும் நியூக்ளியஸ் கண்டுபிடிக்கப்பட்டு, ரதர்ஃபோர்ட் ஒரு அணுவை விட ஒரு நியூக்ளியஸ் மிகவும் சிறியது என்பதைக் காட்டியிருந்தார். இது ஒரு வெற்று அயனி H + ஐ உள்ளடக்கும், இது பூஜ்ஜிய எலக்ட்ரான்களைக் கொண்ட புரோட்டானுடன் ஒத்திருக்கும். ப்ரோன்ஸ்டெட் மற்றும் லோரி இந்த அயனி கரைசலில் இலவசமாக இல்லை என்று முன்மொழிந்தனர், ஆனால் எப்போதும் ஹைட்ரோனியம் அயனி H3O + (அல்லது பிற புரோட்டோனேற்றப்பட்ட கரைப்பான்) உருவாக்க ஒரு நீர் (அல்லது பிற கரைப்பான்) மூலக்கூறுடன் தன்னை இணைத்துக் கொள்கிறது. பல புரோட்டான்கள் உண்மையில் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட நீர் மூலக்கூறுகளால் ஹைட்ரேட் செய்யப்படுகின்றன என்பதை பிற்கால ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபிக் சான்றுகள் காட்டுகின்றன. ஹைட்ரேட்டட் அயனிக்கான மிகவும் விளக்கமான குறியீடு H + (aq) ஆகும், இதில் aq (நீரியத்திற்கு) காலவரையற்ற அல்லது மாறுபட்ட நீர் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது. இருப்பினும், H + மற்றும் H3O + குறியீடுகள் அவற்றின் வரலாற்று முக்கியத்துவம் காரணமாக இன்னும் விரிவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த கட்டுரை பெரும்பாலும் ஹைட்ரேட்டட் புரோட்டனை H3O + ஆகக் குறிக்கிறது, இது ஒரு நீர் மூலக்கூறின் ஹைட்ரேஷனுடன் தொடர்புடையது. சமநிலை மாறிலி வேதியியல் ரீதியாக தூய நீர் 0.055 μS/cm மின் கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளது. ஸ்வாந்தே அர்ஹேனியஸின் கோட்பாடுகளின்படி, இது அயனிகளின் இருப்பு காரணமாக இருக்க வேண்டும். அயனிகள் நீர் சுய-அயனியாக்கம் எதிர்வினையால் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன, இது தூய நீர் மற்றும் எந்தவொரு நீரிய கரைசலிலும் பொருந்தும்ஃ H2O + H2O H3O + + OH-வேதியியல் செயல்பாடுகளுடன் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது, செறிவுகளுக்கு பதிலாக, நீர் அயனியாக்கம் எதிர்வினைக்கு வெப்ப இயக்கவியல் சமநிலை மாறிலிஃ இது எண்ணியல் ரீதியாக மிகவும் பாரம்பரியமான வெப்ப இயக்கவியல் சமநிலை மாறிலிக்கு சமமாக எழுதப்பட்டுள்ளதுஃ H + மற்றும் H3O + இன் வேதியியல் ஆற்றல்களின் கூட்டுத்தொகை முறைப்படி அதே வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் H2O இன் இரசாயன ஆற்றலை விட இரண்டு மடங்கு சமம் என்ற அனுமானத்தின் கீழ். பெரும்பாலான அமில-காரக் கரைசல்கள் பொதுவாக மிகவும் நீர்த்தவையாக இருப்பதால், நீரின் செயல்பாடு பொதுவாக ஒற்றுமைக்கு சமமாக இருக்கும் என்று தோராயமாக மதிப்பிடப்படுகிறது, இது நீரின் அயனி உற்பத்தியை இவ்வாறு வெளிப்படுத்த அனுமதிக்கிறதுஃ நீர்த்த நீர்க் கரைசல்களில், கரைசல்களின் செயல்பாடுகள் (கரைந்த இனங்கள் அயனிகள் போன்றவை) அவற்றின் செறிவுகளுக்கு தோராயமாக சமம். எனவே, அயனியாக்கம் மாறிலி, விலகல் மாறிலி, சுய-அயனியாக்கம் மாறிலி, நீர் அயனி-தயாரிப்பு மாறிலி அல்லது அயனி விளைபொருள், Kw ஆல் குறிக்கப்படுகிறது, பின்வருமாறு கொடுக்கப்படலாம்ஃ இங்கு [H3O +] என்பது ஹைட்ரஜன் நேர்மின் அயனி அல்லது ஹைட்ரோனியம் அயனியின் மோலாரிட்டி (மோலார் செறிவு), மற்றும் [OH−] என்பது ஹைட்ராக்சைடு அயனியின் செறிவு. சமநிலை மாறிலி செறிவுகளின் பெருக்கலாக எழுதப்படும்போது (செயல்பாடுகளுக்கு மாறாக) அயனி வலிமை மற்றும் பிற காரணிகளைப் பொறுத்து அதன் மதிப்பில் திருத்தங்களைச் செய்வது அவசியம் (கீழே காண்க). 24.87 °C மற்றும் பூஜ்ஜிய அயனி வலிமையில், Kw இதற்கு சமம். அனைத்து சமநிலை மாறிலிகளைப் போலவே, விளைவும் பரிமாணமற்றது என்பதைக் கவனியுங்கள், ஏனெனில் செறிவு உண்மையில் நிலையான நிலையுடன் தொடர்புடைய ஒரு செறிவு, இது H + மற்றும் OH-க்கு மோலாலிட்டி பயன்படுத்தப்படும்போது 1 மோலால் (= 1 மோல்/கிலோ) அல்லது மோலார் செறிவு பயன்படுத்தப்படும்போது 1 மோலார் (= 1 மோல்/எல்) என வரையறுக்கப்படுகிறது. பல நடைமுறை நோக்கங்களுக்காக, கரைசல் அடர்த்தி ஒன்றுக்கு அருகில் இருந்தால் (அதாவது, போதுமான நீர்த்த கரைசல்கள் மற்றும் வெப்பநிலை மாற்றங்களின் மிகக் குறைந்த விளைவு) சுற்றுப்புற வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் மோலாலிட்டி (மோல்ட் கரைசல்/கிலோ நீர்) மற்றும் மோலார் (மோல்ட் கரைசல்/எல் கரைசல்) செறிவுகள் கிட்டத்தட்ட சமமாக கருதப்படலாம். மோலல் செறிவு அலகு (மோலல்/கிலோ நீர்) இன் முக்கிய நன்மை என்னவென்றால், கரைசல் அடர்த்தி மற்றும் தொகுதி மாற்றங்களிலிருந்து (நீர் உப்புத்தன்மை (அயனி வலிமை), வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தைப் பொறுத்து அடர்த்தி) சுயாதீனமான நிலையான மற்றும் வலுவான செறிவு மதிப்புகளை விளைவிப்பதாகும்; எனவே, மோலாலிட்டி என்பது வெப்ப இயக்கவியல் கணக்கீடுகளில் அல்லது துல்லியமான அல்லது குறைவான வழக்கமான நிலைமைகளில் பயன்படுத்தப்படும் விருப்பமான அலகு ஆகும், எ. கா., தூய்மையான தண்ணீரிலிருந்து கணிசமாக வேறுபட்ட அடர்த்தி கொண்ட கடல் நீர் அல்லது வெப்ப மின் உற்பத்தி நிலையங்களில் நிலவும் உயர்ந்த வெப்பநிலையில். pKw − log10 Kw ஐ நாம் வரையறுக்கலாம் (இது 25 டிகிரி செல்சியஸில் தோராயமாக 14 ஆகும்). இது ஒரு அமில விலகல் மாறிலிக்கான pH மற்றும் pKa குறியீடுகளுக்கு ஒத்ததாகும், அங்கு p குறியீடு ஒரு காலோகரிதத்தைக் குறிக்கிறது. சமநிலை மாறிலி சமன்பாட்டின் மடக்கை வடிவம் pKw = pH + pOH ஆகும். வெப்பநிலை, அழுத்தம் மற்றும் அயனி வலிமையின் சார்பு வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தின் மீது நீர் அயனியாக்கத்தின் சார்பு முழுமையாக ஆராயப்பட்டுள்ளது. பனிக்கட்டி உருகும் புள்ளியில் இருந்து குறைந்தபட்சம் 250 டிகிரி செல்சியஸாக வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது pKw இன் மதிப்பு குறைகிறது, அதன் பிறகு அது 374 டிகிரி செல்சியஸாக நீரின் முக்கியமான புள்ளி வரை அதிகரிக்கிறது. இது அதிகரிக்கும் அழுத்தத்துடன் குறைகிறது. எலக்ட்ரோலைட் கரைசல்களில், pKw இன் மதிப்பு எலக்ட்ரோலைட்டின் அயனி வலிமையைப் பொறுத்தது. சோடியம் குளோரைடின் மதிப்புகள் 1:1 எலக்ட்ரோலைட்டுக்கு பொதுவானவை. 1: 2 எலக்ட்ரோலைட்டுகளுடன், எம்எக்ஸ் 2, பி. கே. டபிள்யூ அதிகரித்து வரும் அயனி வலிமையுடன் குறைகிறது. Kw இன் மதிப்பு பொதுவாக திரவ கட்டத்தில் ஆர்வமாக உள்ளது. அதிக வெப்பமயமாக்கப்பட்ட நீராவி (வாயு) மற்றும் மிக முக்கியமான நீர் திரவத்திற்கான எடுத்துக்காட்டு மதிப்புகள் அட்டவணையில் கொடுக்கப்பட்டுள்ளன. {| வகுப்பு = "விக்கிடபிள்" பாணி = "உரை-சீரமைப்புஃ மையம்" | + திரவ நீர், அதிக வெப்பமுடைய நீராவி மற்றும் அதிக சிக்கலான நீர் ஆகியவற்றிற்கான pKw மதிப்புகளின் ஒப்பீடு. |-! ! ! 350 டிகிரி செல்ஷியஸ்! ! 400 டிகிரி செல்ஷியஸ்! ! 450 டிகிரி செல்ஷியஸ்! ! 500 டிகிரி செல்ஷியஸ்! ! 600 டிகிரி செல்ஷியஸ்! ! 800 டிகிரி செல்சியஸ் |-! நோக்கம் = "வரிசை" |0.1 MPa | | 47.961b | | 47.873b | | 47.638b | | 46.384b | | 40.785b |-! நோக்கம் = "வரிசை" |17 MPa | 11.920 (திரவ) a | | | | | | | | | | |-! நோக்கம் = "வரிசை" |25 MPa | 11.551 (திரவ) c | | 16.566 | | 18.135 | | 18.758 | | 19.425 | | 20.113 |-! நோக்கம் = "வரிசை" |100 MPa | 10.600 (திரவ) c | | 10.744 | | 11.005 | | 11.381 | | 12.296 | | 13.544 |-! நோக்கம் = "வரிசை" |1000 MPa | 8.311 (திரவ) c | | 8.178 | | 8.084 | | 8.019 | | 7.952 | | 7.957 |} அட்டவணையில் உள்ள குறிப்புகள். மதிப்புகள் குறிக்கப்பட்டதைத் தவிர சூப்பர் கிரிட்டிக்கல் திரவத்திற்கானவைஃ 350 டிகிரி செல்சியஸுடன் தொடர்புடைய செறிவு அழுத்தத்தில் a. பி சூப்பர் ஹீட்டட் நீராவி. சி சுருக்கப்பட்ட அல்லது துணை குளிரூட்டப்பட்ட திரவம். ஐசோடோப்பு விளைவுகள் கன நீர், D2O, இயல்பான நீரை விட குறைவாக சுய-அயனியாக்கம் செய்கிறது, H2O; D2O + D2O D3O + + OD-இது சமநிலை ஐசோடோப்பு விளைவு காரணமாகும், இது டியூட்டேரியத்துடன் சற்று வலுவான பிணைப்பை உருவாக்கும் ஆக்ஸிஜனுக்குக் காரணமான ஒரு குவாண்டம் இயந்திர விளைவு, ஏனெனில் டியூட்டேரியத்தின் பெரிய நிறை குறைந்த பூஜ்ஜிய-புள்ளி ஆற்றலை விளைவிக்கிறது. செயல்பாடுகளுடன் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது, செறிவுகளுக்கு பதிலாக, கன நீர் அயனியாக்கம் எதிர்வினைக்கு வெப்ப இயக்கவியல் சமநிலை மாறிலிஃ D2O இன் செயல்பாட்டை 1 ஆகக் கருதி, D3O + மற்றும் OD-இன் செயல்பாடுகள் அவற்றின் செறிவுகளால் நெருக்கமாக தோராயமாக மதிப்பிடப்படுகின்றன என்று கருதி பின்வரும் அட்டவணை H2O மற்றும் D2O க்கான pKw இன் மதிப்புகளை ஒப்பிடுகிறது. {| வகுப்பு = "விக்கி செய்யக்கூடிய" பாணி = "உரை-சீரமைப்புஃ மையம்" | + தூய்மையான தண்ணீருக்கான pKw மதிப்புகள் |-! நோக்கம் = "வரிசை" |T °C |10 | |20 | | 25 | |30 | | 40 | | 50 |-! நோக்கம் = "வரிசை" |H2O | 14.535 | | 14.167 | | 13.997 | | 13.830 | | 13.535 | | 13.262 |-! நீர்-கன நீர் கலவைகளில் அயனியாக்கம் சமநிலை நீர்-கன நீர் கலவைகளில் சமநிலையில் பல இனங்கள் உள்ளனஃ எச்2ஓ, எச். டி. ஓ, டி2ஓ, எச்3ஓ +, டி3ஓ +, எச்2டிஓ +, எச்2ஓ +, எச்2ஓ +, எச். டி. ஓ. அயனியாக்கம் எதிர்வினை 2 H2O → H3O + + OH-க்கான எதிர்வினை விகிதம் செயல்படுத்தும் ஆற்றலைப் பொறுத்தது, ΔE ‡. போல்ட்ஸ்மேன் விநியோகத்தின்படி, வெப்ப மக்கள்தொகை காரணமாக போதுமான ஆற்றலைக் கொண்ட நீர் மூலக்கூறுகளின் விகிதம், k என்பது போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி என்பதால் வழங்கப்படுகிறது. எனவே போதுமான வெப்ப ஆற்றல் இருப்பதால் சில விலகல்கள் ஏற்படலாம். திரவ நீரில் மின்சார புல ஏற்ற இறக்கங்களின் அடிப்படையில் பின்வரும் நிகழ்வுகளின் வரிசை முன்மொழியப்பட்டுள்ளது. மூலக்கூறு இயக்கங்களில் சீரற்ற ஏற்ற இறக்கங்கள் எப்போதாவது (ஒரு நீர் மூலக்கூறுக்கு 10 மணி நேரத்திற்கு ஒரு முறை) ஒரு ஆக்ஸிஜன்-ஹைட்ரஜன் பிணைப்பை உடைக்கும் அளவுக்கு வலுவான மின்சார புலத்தை உருவாக்குகின்றன, இதன் விளைவாக ஒரு ஹைட்ராக்சைடு (OH−) மற்றும் ஹைட்ரோனியம் அயனி (H3O +) உருவாகிறது; ஹைட்ரோனியம் அயனியின் ஹைட்ரஜன் கருவி கிரோட்தஸ் பொறிமுறையால் நீர் மூலக்கூறுகளுடன் பயணிக்கிறது மற்றும் கரைப்பானில் உள்ள ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு வலையமைப்பில் ஏற்படும் மாற்றம் இரண்டு அயனிகளை தனிமைப்படுத்துகிறது, அவை கரைசல் மூலம் உறுதிப்படுத்தப்படுகின்றன. இருப்பினும், 1 பைக்கோ விநாடிக்குள், ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு நெட்வொர்க்கின் இரண்டாவது மறுசீரமைப்பு, மின்சார ஆற்றல் வேறுபாட்டை விரைவாக புரோட்டான் மாற்றுவதற்கும், அயனிகளின் அடுத்தடுத்த மறுசீரமைப்புக்கும் அனுமதிக்கிறது. இந்த கால அளவு ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் தண்ணீரில் தங்களை மறுசீரமைக்க எடுக்கும் நேரத்துடன் ஒத்துப்போகிறது. தலைகீழ் மறுசீரமைப்பு எதிர்வினை H3O + + OH − → 2 H2O அறியப்பட்ட வேகமான இரசாயன எதிர்வினைகளில் ஒன்றாகும், அறை வெப்பநிலையில் எதிர்வினை விகிதம் மாறிலி உள்ளது. இத்தகைய விரைவான விகிதம் ஒரு பரவல்-கட்டுப்படுத்தப்பட்ட எதிர்வினையின் சிறப்பியல்பாகும், இதில் விகிதம் மூலக்கூறு பரவலின் வேகத்தால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. நீரின் நடுநிலைப் புள்ளியுடனான உறவு நீர் மூலக்கூறுகள் H3O + மற்றும் OH− சம அளவுகளாகப் பிரிகின்றன, எனவே அவற்றின் செறிவுகள் கிட்டத்தட்ட சரியாக 25 டிகிரி செல்சியஸ் மற்றும் 0.1 எம்பிஏ ஆகும். H3O + மற்றும் OH-செறிவுகள் ஒன்றுக்கொன்று சமமாக இருக்கும் ஒரு தீர்வு நடுநிலை தீர்வாக கருதப்படுகிறது. பொதுவாக, நடுநிலைப் புள்ளியின் pH எண்ணியல் ரீதியாக pKw க்கு சமமாக இருக்கும். தூய நீர் நடுநிலையானது, ஆனால் பெரும்பாலான நீர் மாதிரிகள் அசுத்தங்களைக் கொண்டுள்ளன. ஒரு அசுத்தம் ஒரு அமிலம் அல்லது காரமாக இருந்தால், இது ஹைட்ரோனியம் அயனி மற்றும் ஹைட்ராக்சைடு அயனியின் செறிவுகளை பாதிக்கும். காற்றில் வெளிப்படும் நீர் மாதிரிகள் சில கார்பன் டை ஆக்சைடை உறிஞ்சி கார்பானிக் அமிலத்தை (H2CO3) உருவாக்கும் மற்றும் H2CO3 + H2O = HCO3− + H3O + எதிர்வினை காரணமாக H3O + இன் செறிவு அதிகரிக்கும். OH-இன் செறிவு [H3O +] [OH−] என்ற பெருக்கல் நிலையான வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்திற்கு நிலையானதாக இருக்கும் வகையில் குறையும். எனவே இந்த நீர் மாதிரிகள் சற்று அமிலத்தன்மை கொண்டதாக இருக்கும். சரியாக 7 இன் pH தேவைப்பட்டால், அது பொருத்தமான இடையக கரைசலுடன் பராமரிக்கப்பட வேண்டும். மேலும் காண்கஃ அமில-கார எதிர்வினை வேதியியல் சமநிலை மூலக்கூறு தன்னியக்க அயனியாக்கம் (பல்வேறு கரைப்பான்களின்) நிலையான ஹைட்ரஜன் மின்முனை குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் பொது வேதியியல்-நீர் அயனியாக்கத்தின் தன்னியக்க அயனியாக்கம் நீர் வேதியியல் சமநிலை வேதியியல் நீர் டிஃ Protolyse#Autoprotolyse