PH 8 каква среда. Мистериозният pH индикатор за здраве
Индикатор за водород (рН фактор)е мярка за активността на водородните йони в разтвор, определяща количествено неговата киселинност. Когато pH не е на оптимално ниво, растенията започват да губят способността си да абсорбират някои от елементите, необходими за здравословен растеж. За всички растения има специфично ниво на pH, което ви позволява да постигнете максимални резултати при отглеждане. Повечето растения предпочитат леко кисела хранителна среда (между 5,5-6,5).
Индикатор за водород във формули
В много разредени разтвори рН е еквивалентно на концентрацията на водородни йони. Равен по модул и противоположен по знак десетичен логаритъмактивност на водородни йони, изразена в молове на литър:
pH = -lg
При стандартни условия стойността на pH е между 0 и 14. In чиста вода, при неутрално pH, концентрацията на Н + е равна на концентрацията на ОН - и е 1·10 -7 mol на литър. Максималната възможна стойност на pH се определя като сбор от pH и pOH и е равна на 14.
Противно на общоприетото схващане, pH може да варира не само в диапазона от 0 до 14, но може и да надхвърли тези граници. Например при концентрация на водородни йони = 10 −15 mol/l, pH = 15, при концентрация на хидроксидни йони 10 mol/l pOH = −1.
Важно е да се разбере! Скалата на pH е логаритмична, което означава, че всяка единица промяна се равнява на десетократна промяна в концентрацията на водородни йони. С други думи, разтвор с pH 6 е десет пъти по-киселинен от разтвор с pH 7, а разтвор с pH 5 ще бъде десет пъти по-кисел от разтвор с pH 6 и сто пъти по-кисел от разтвор с pH 7. Това означава че когато коригирате pH на вашия хранителен разтвор и трябва да промените pH с две точки (например от 7,5 на 5,5), трябва да използвате десет пъти повече pH регулатор, отколкото ако сте променили pH само с една точка (от 7,5 до 6.5).
Методи за определяне на стойността на pH
Няколко метода се използват широко за определяне на рН стойността на разтворите. Стойността на pH може да бъде приблизително определена с помощта на индикатори, точно измерена с pH метър или определена аналитично чрез извършване на киселинно-алкално титруване.
Киселинно-алкални индикатори
За груба оценка на концентрацията на водородни йони широко се използват киселинно-алкални индикатори - органични багрилни вещества, чийто цвят зависи от pH на средата. Най-известните индикатори включват лакмус, фенолфталеин, метилоранж (метилоранж) и други. Индикаторите могат да съществуват в две различни оцветени форми, киселинни или основни. Промяната на цвета на всеки индикатор става в неговия диапазон на киселинност, обикновено 1-2 единици.
Универсален индикатор
За разширяване на работния обхват на измерване на рН се използва така нареченият универсален индикатор, който представлява смес от няколко индикатора. Универсалният индикатор последователно променя цвета си от червено през жълто, зелено, синьо до лилаво при преминаване от кисела област към основна.
Разтворите на такива смеси - "универсални индикатори" обикновено се импрегнират с ленти от "индикаторна хартия", с които можете бързо (с точност до pH единици или дори десети от pH) да определите киселинността на изследваните водни разтвори. За още точно определениецветът на индикаторната хартия, получен чрез прилагане на капка от разтвора, веднага се сравнява с еталонната цветова скала, чиято форма е показана на изображенията.
Определянето на pH чрез индикаторния метод е трудно за мътни или оцветени разтвори.
Предвид факта, че оптималните стойности на рН за хранителни разтвори в хидропониката имат много тесен диапазон (обикновено от 5,5 до 6,5), се използват и други комбинации от индикатори. Така например нашият има работен диапазон и скала от 4.0 до 8.0, което прави такъв тест по-точен от универсалната индикаторна хартия.
pH метър
Използването на специално устройство - pH метър - ви позволява да измервате pH в по-широк диапазон и по-точно (до 0,01 pH единици), отколкото с универсални индикатори. Методът е удобен и с висока точност, особено след калибриране на индикаторния електрод в избрания pH диапазон. Позволява ви да измервате pH на непрозрачни и оцветени разтвори и затова се използва широко.
Аналитичен обемен метод
Аналитичният обемен метод - киселинно-алкално титруване - също дава точни резултати за определяне на киселинността на разтворите. Разтвор с известна концентрация (титрант) се добавя на капки към тестовия разтвор. Когато се смесят, протича химическа реакция. Точката на еквивалентност - моментът, когато титрантът е точно достатъчен за пълно завършване на реакцията - се фиксира с помощта на индикатор. Освен това, като се знае концентрацията и обема на добавения титратен разтвор, се изчислява киселинността на разтвора.
Ефект на температурата върху стойностите на pH
Стойността на рН може да се променя в широки граници при промяна на температурата. Така 0,001 моларен разтвор на NaOH при 20°C има pH=11,73, а при 30°C pH=10,83. Ефектът на температурата върху стойностите на pH се обяснява с различната дисоциация на водородните йони (H+) и не е експериментална грешка. Температурният ефект не може да бъде компенсиран от електрониката на pH метъра.
Регулиране на pH на хранителния разтвор
Подкисляване на хранителния разтвор
Хранителният разтвор обикновено трябва да се подкисли. Усвояването на йони от растенията води до постепенно алкализиране на разтвора. Всеки разтвор с pH 7 или по-високо най-често ще трябва да се коригира до оптималното pH. Могат да се използват различни киселини за подкисляване на хранителния разтвор. Най-често се използва сярна или фосфорна киселина. | Повече ▼ правилно решениеза хидропонни разтвори са буферни добавки, като и. Тези продукти не само довеждат стойностите на pH до оптимални, но и стабилизират стойностите за дълъг период от време.
Когато регулирате рН както с киселини, така и с основи, трябва да се носят гумени ръкавици, за да се избегнат изгаряния на кожата. Опитен химик умело борави с концентрирана сярна киселина, добавя киселина във водата капка по капка. Но като начинаещ хидропонист, вероятно е най-добре да помолите опитен химик да приготви 25% разтвор на сярна киселина. Докато киселината се добавя, разтворът се разбърква и се определя неговото pH. След като научите приблизителното количество сярна киселина, в бъдеще тя може да се добави от градуиран цилиндър.
Сярната киселина трябва да се добавя на малки порции, за да не се подкиселява твърде много разтворът, който след това трябва да се алкализира отново. За неопитен работник подкисляването и алкализацията могат да продължат безкрайно дълго. Освен загуба на време и реагенти, подобно регулиране дисбалансира хранителния разтвор поради натрупването на йони, от които растенията не се нуждаят.
Алкализиране на хранителния разтвор
Твърде киселинните разтвори се алкализират с натриев хидроксид (натриев хидроксид). Както подсказва името му, той е каустик, така че трябва да се носят гумени ръкавици. Препоръчително е да закупите натриев каустик под формата на хапчета. В магазините битова химиянатриев каустик може да бъде закупен като препарат за почистване на тръби, като Mole. Разтворете едно хапче в 0,5 l вода и постепенно изсипете алкалния разтвор в хранителния разтвор при непрекъснато разбъркване, като често проверявате рН. Никакви математически изчисления не могат да изчислят колко киселина или основа трябва да се добави в този или онзи случай.
Ако искате да отглеждате няколко култури в един палет, трябва да ги изберете така, че не само тяхното оптимално pH, но и нуждите от други фактори на растежа да съвпадат. Например, жълтите нарциси и хризантемите се нуждаят от pH 6,8, но различен режим на влажност, така че да не могат да се отглеждат на една и съща палета. Ако дадете на нарцисите толкова влага, колкото на хризантемите, луковиците на нарцисите ще изгният. При експерименти ревен достигна максимално развитиепри pH 6,5, но може да расте дори при pH 3,5. Овесът, който предпочита pH около 6, дава добри добиви дори при pH 4, ако количеството на азот в хранителния разтвор е значително увеличено. Картофите растат в доста широк диапазон на pH, но растат най-добре при pH 5,5. Под това pH също се получават високи добиви от грудки, но те придобиват кисел вкус. За максимални добиви Високо качество, трябва точно да регулирате рН на хранителните разтвори.
Едно от най-важните свойства на водните разтвори е тяхната киселинност (или алкалност), която се определя от концентрацията на H йони+ и OH ( см . ЕЛЕКТРОЛИТНА ДИСОЦИАЦИЯ. ЕЛЕКТРОЛИТИ). Концентрациите на тези йони във водни разтвори са свързани с проста зависимост = ДА СЕ w ; (квадратните скоби обикновено означават концентрацията в единици mol/l). Стойността на Kw се нарича йонен продукт на водата и е постоянна при дадена температура. И така, на 0 o C то е равно на 0,11 H 10 14, при 20 o C 0,69 H 10 14, а при 100 o C 55,0 H 10 14 . Най-често използваната стойностК w при 25 o C, което е равно на 1,00Глава 10 14 . В абсолютно чиста вода, несъдържаща дори разтворени газове, концентрацията на Н йони+ и OH са равни (разтворът е неутрален). В други случаи тези концентрации не съвпадат: в киселинните разтвори преобладават Н йони + , в алкални ОН йони . Но техният продукт във всички водни разтвори е постоянен. Следователно, ако концентрацията на един от тези йони се увеличи, тогава концентрацията на другия йон ще намалее със същия фактор. И така, в разтвор на слаба киселина, в който \u003d 10 5 mol / l, \u003d 10 9 mol/l и техният продукт все още е 10 14 . По същия начин, в алкален разтвор при \u003d 3,7 H 10 3 mol / l = 10 14 / 3,7 H 10 3 \u003d 2,7 H 10 11 мол/л.От гореизложеното следва, че е възможно недвусмислено да се изрази киселинността на разтвора, като се посочи концентрацията само на водородни йони в него. Например в чиста вода = 10 7 мол/л. На практика е неудобно да се работи с такива числа. В допълнение, концентрациите на H йони +
в решения може да се различава стотици трилиони пъти от около 10 15 мол/л ( силни решенияалкали) до 10 mol/l (концентрирана солна киселина), което не може да бъде показано на нито една графика. Поради това отдавна е прието концентрацията на водородни йони в разтвор да показва само експонента 10, взета с противоположния знак; за това концентрацията трябва да се изрази като степен 10x, без множител, например 3,7 H 10 3 \u003d 10 2,43 . (За по-точни изчисления, особено в концентрирани разтвори, вместо концентрацията на йони се използват техните активности.) Този показател се нарича pH индикатор и съкратено pH от обозначението на водород и немска думаМатематическа степен на Potenz. Така, по дефиниция, pH = lg[H +
]; тази стойност може да варира в малки граници само от 1 до 15 (и по-често от 0 до 14). В този случай, промяна в концентрацията на Н йони +
10 пъти съответства на промяна на pH с една единица. Обозначението pH е въведено в научна употреба през 1909 г. от датския физикохимик и биохимик S.P.L. Sørensen, който по това време изучава процесите, протичащи по време на ферментацията на бирения малц и тяхната зависимост от киселинността на средата. При стайна температура в неутрални разтвори, pH = 7, в кисели разтвори, pH 7. Приблизително стойността на pH на воден разтвор може да се определи с помощта на индикатори. Например метилоранж при pH 4,4 е жълт; лакмус при pH 8 синьо и др. По-точно (до стотни) стойността на pH може да се определи с помощта на специални устройства - pH метри. Такива устройства измерват електрически потенциалспециален електрод, потопен в разтвор; този потенциал зависи от концентрацията на водородни йони в разтвора и може да бъде измерен с висока точност. Интересно е да се сравнят стойностите на pH на разтвори на различни киселини, основи, соли (при концентрация 0,1 mol/l), както и някои смеси и природни обекти. За слабо разтворими съединения, маркирани със звездичка, са дадени стойностите на рН на наситени разтвори. Таблица 1. Водородни индикатори за разтвори Природната вода винаги има кисела реакция (pH 2 + H 2 O "H + + HCO 3 2 . Ако водата е наситена с въглероден диоксид при атмосферно налягане, рН на получената "сода" ще бъде равно на 3,7; приблизително 0,0007% солна киселина има тази киселинност, стомашният сок е много по-киселинен! Но дори ако налягането на CO 2
над разтвор до 20 atm стойността на рН не пада под 3,3. Това означава, че газирана вода (в умерени количества, разбира се) може да се пие без вреда за здравето, дори ако е наситена с въглероден диоксид. Определени стойности на pH са изключително важни за живота на живите организми. Биохимичните процеси в тях трябва да протичат при строго определена киселинност. Биологични катализатори Ензимите могат да работят само в рамките на определени граници на рН и когато тези граници бъдат превишени, тяхната активност може рязко да намалее. Например, активността на ензима пепсин, който катализира хидролизата на протеините и по този начин насърчава храносмилането на протеинови храни в стомаха, е максимална при стойности на pH около 2. Следователно, за нормалното храносмилане е необходимо че стомашният сок има доста ниски стойности на рН: нормално 1,531, 67. При пептична язва pH на стомаха пада средно до 1,48, а при язва на дванадесетопръстника може да достигне дори 105. Точната стойност на pH на стомашния сок се определя чрез интрагастрално изследване (рН сонда). Ако човек има ниска киселинност, В клетките на тялото стойността на pH е около 7, в извънклетъчната течност 7,4. Нервните окончания, които са извън клетките, са много чувствителни към промените в pH. При механично или термично увреждане на тъканите клетъчните стени се разрушават и съдържанието им пада върху тях нервни окончания. В резултат на това човек изпитва болка. Скандинавският изследовател Олаф Линдал направи следния експеримент: с помощта на специален безиглен инжектор през кожата на човек се инжектира много тънка струя разтвор, който не уврежда клетките, а действа върху нервните окончания. Доказано е, че водородните катиони причиняват болка, а с намаляване на pH на разтвора болката се засилва. По същия начин, разтвор на мравчена киселина директно "действа върху нервите", който се инжектира под кожата чрез ужилване на насекоми или коприва. различен смисълРН на тъканите също обяснява защо при едни възпаления човек изпитва болка, а при други не. Интересното е, че инжектирането на чиста вода под кожата даде особено силна болка. Това странно на пръв поглед явление се обяснява по следния начин: клетките в контакт с чиста водав резултат на осмотичното налягане те се разкъсват и съдържанието им действа върху нервните окончания. Стойността на pH на кръвта трябва да остане в много тесни граници; дори леко подкиселяване (ацидоза) или алкализиране (алкалоза) може да доведе до смърт на тялото. Ацидозата се наблюдава при заболявания като бронхит, циркулаторна недостатъчност, белодробни тумори, пневмония, диабет, треска, увреждане на бъбреците и червата. Алколозата, от друга страна, се наблюдава при хипервентилация на белите дробове (или при вдишване на чист кислород), с анемия, отравяне с CO, истерия, мозъчни тумори, прекомерна консумация сода за пиенеили алкална минерални водиприемане на диуретични лекарства. Интересното е, че pH на артериалната кръв обикновено трябва да бъде в рамките на 7.377.45, а на венозната 7.347.43. Различни микроорганизми също са много чувствителни към киселинността на средата. По този начин патогенните микроби се развиват бързо в леко алкална среда, докато не могат да издържат на кисела среда. Следователно, за консервиране (мариноване, осоляване) на продуктите, като правило, се използват киселинни разтвори, добавяйки към тях оцет или сол. хранителни киселини. Голямо значениеима правилен подбор на pH за химико-технологични процеси. поддържа желаната стойност pH, за да се предотврати забележимо отклонение в една или друга посока при промяна на условията, е възможно при използване на така наречените буферни (от англ. buff омекотяват удари) разтвори. Такива разтвори често са смес от слаба киселина и нейната сол или слаба основа и нейната сол. Такива решения "издържат" в определени граници (наречени буферен капацитет) Много природни течности имат буферни свойства. Пример е водата в океана, буферни свойствакоето до голяма степен се дължи на разтворен въглероден диоксид и бикарбонатни йони HCO Клетъчната течност, кръвта също са примери за естествени буферни разтвори. По този начин кръвта съдържа около 0,025 mol / l въглероден диоксид, а съдържанието му при мъжете е приблизително 5% по-високо, отколкото при жените. Приблизително същата концентрация на бикарбонатни йони в кръвта (има и повече от тях при мъжете). В изследването на почвата pH е едно от най- важни характеристики. Различните почви могат да имат pH от 4,5 до 10. Стойността на pH, по-специално, може да се използва, за да се прецени съдържанието на хранителни вещества в почвата, както и кои растения могат успешно да растат на тази почва. Например, растежът на боб, маруля, касис е затруднен, когато pH на почвата е под 6,0; зеле под 5,4; ябълкови дървета под 5,0; картофи под 4,9. Киселите почви обикновено са по-малко богати хранителни вещества, тъй като задържат по-зле необходимите за растенията метални катиони. Например, водородните йони, попаднали в почвата, изместват от нея свързаните Ca йони. Варуването се използва за деоксидиране на кисели почви - въвеждане на вещества, които постепенно свързват излишната киселина. Такова вещество може да служи като естествени минерали креда, варовик, доломит, както и вар, шлака с металургични заводи. Количеството на внесения разкисител зависи от буферния капацитет на почвата. Например, варуването на глинеста почва изисква повече дезоксидиращи агенти, отколкото песъчливата почва. От голямо значение са измерванията на pH на дъждовната вода, която може да бъде доста кисела поради наличието на сярна и азотна киселина. Тези киселини се образуват в атмосферата от азотни и серни (IV) оксиди, които се отделят с отпадъци от много индустрии, транспорт, котелни и топлоелектрически централи. Известно е, че киселинните дъждове с ниска стойност на pH (по-малко от 5,6) унищожават растителността, живия свят на водоемите. Поради това pH на дъждовната вода се следи постоянно.
Таблицата позволява да се направят редица интересни наблюдения. Стойностите на pH, например, веднага показват сравнителната сила на киселини и основи. Силна промяна в неутралната среда също е ясно видима в резултат на хидролизата на соли, образувани от слаби киселини и основи, както и по време на дисоциацията на киселинни соли.
Решение
RN
НС1
1,0
H2SO4
1,2
H 2 C 2 O 4
1,3
NaHSO4
1,4
H 3 RO 4
1,5
Стомашен сок
1,6
Винена киселина
2,0
Лимонена киселина
2,1
HNO 2
2,2
Лимонов сок
2,3
Млечна киселина
2,4
Салицилова киселина
2,4
трапезен оцет
3,0
грейпфрутов сок
3,2
CO 2
3,7
ябълков сок
3,8
H 2 S
4,1
Урина
4,8–7,5
Черно кафе
5,0
слюнка
7,4–8
Мляко
6,7
Кръв
7,35–7,45
Жлъчка
7,8–8,6
океанска вода
7,9–8,4
Fe(OH)2
9,5
MgO
10,0
Mg(OH)2
10,5
Na2CO3
11
Ca(OH)2
11,5
NaOH
13,0
Добиш. Електрохимични константи
. М., 1980
Чиркин А. и др. Диагностичен наръчник на терапевта
. Минск. 1993 г
Водороден индекс, pH (произнася се "peash", английско произношение на английското pH - piː "eɪtʃ," pee ") - мярка за активност (в много разредени разтвори е еквивалентна на концентрация) на водородни йони в разтвор и количествено изразяване неговата киселинност, се изчислява като отрицателния (обратен знак) логаритъм от десетия логаритъм от активността на водородните йони, изразен в молове на литър:
История Тази концепция е въведена през 1909 г. от датския химик Соренсен. Индикаторът се нарича pH, с първите букви латински думи potentia hydrogeni - силата на водорода, или pondus hydrogeni - теглото на водорода. Като цяло в химията комбинацията pX обикновено се използва за обозначаване на стойност, равна на −lg X, а буквата H в този случайозначава концентрацията на водородни йони (Н +), или по-точно термодинамичната активност на хидрониеви йони. Уравнения, свързващи pH и pOH Изходна стойност на pH В чиста вода при 25 ° C концентрациите на водородни йони () и хидроксидни йони () са еднакви и възлизат на 10 -7 mol / l, това пряко следва от дефиницията на йонния продукт на водата, който е равен на и е 10 −14 mol² / l² (при 25°C). Когато концентрациите на двата вида йони в разтвор са еднакви, се казва, че разтворът е неутрален. Когато се добави киселина към вода, концентрацията на водородни йони се увеличава и концентрацията на хидроксидни йони съответно намалява, когато се добави основа, напротив, съдържанието на хидроксидни йони се увеличава и концентрацията на водородни йони намалява. Когато > казват, че разтворът е кисел, а когато > - алкален. За удобство на представянето, за да се отървем от отрицателния показател, вместо концентрациите на водородните йони се използва техният десетичен логаритъм, взет с обратен знак, което всъщност е водородният индикатор - pH. рН Реципрочната стойност на pH е станала малко по-малко разпространена - индикатор за основността на разтвора, pOH, равен на отрицателния десетичен логаритъм на концентрацията в разтвора на OH - йони: както във всеки воден разтворпри 25 °C е очевидно, че при тази температура: Стойности на pH в разтвори с различна киселинност- Противно на общоприетото схващане, pH може да варира не само в диапазона от 0 до 14, но може и да надхвърли тези граници. Например, при концентрация на водородни йони = 10 -15 mol / l, pH = 15, при концентрация на хидроксидни йони от 10 mol / l pOH = -1.
|
- За груба оценка на концентрацията на водородни йони широко се използват киселинно-алкални индикатори - органични багрилни вещества, чийто цвят зависи от pH на средата. Най-известните индикатори включват лакмус, фенолфталеин, метилоранж (метилоранж) и други. Индикаторите могат да съществуват в две различни оцветени форми, киселинни или основни. Промяната на цвета на всеки индикатор се случва в неговия диапазон на киселинност, обикновено 1–2 единици.
- За разширяване на работния обхват на измерване на рН се използва така нареченият универсален индикатор, който представлява смес от няколко индикатора. Универсалният индикатор последователно променя цвета си от червено през жълто, зелено, синьо до лилаво при преминаване от кисела към алкална област. Определянето на pH чрез индикаторния метод е трудно за мътни или оцветени разтвори.
- Използването на специално устройство - pH метър - ви позволява да измервате pH в по-широк диапазон и по-точно (до 0,01 pH единици), отколкото с индикатори. Йонометричният метод за определяне на pH се основава на измерване на ЕМП на галванична верига с миливолтметър-йонометър, включващ специален стъклен електрод, чийто потенциал зависи от концентрацията на H + йони в околния разтвор. Методът е удобен и много точен, особено след калибриране на индикаторния електрод в избран диапазон на pH, позволява измерване на pH на непрозрачни и оцветени разтвори и затова се използва широко.
- Аналитичният обемен метод - киселинно-алкално титруване - също дава точни резултати за определяне на киселинността на разтворите. Разтвор с известна концентрация (титрант) се добавя на капки към тестовия разтвор. Когато се смесят, химическа реакция. Точката на еквивалентност - моментът, когато титрантът е точно достатъчен за пълно завършване на реакцията - се фиксира с помощта на индикатор. Освен това, като се знае концентрацията и обема на добавения титратен разтвор, се изчислява киселинността на разтвора.
- Ефект на температурата върху стойностите на pH
История
Уравнения, свързващи pH и pOH
Изходна стойност на pH
В чиста вода при 25 ° C концентрациите на водородни йони () и хидроксидни йони () са еднакви и възлизат на 10 -7 mol / l, това пряко следва от дефиницията на йонния продукт на водата, който е равен на и е 10 -14 mol² / l² (при 25°C).
Когато концентрациите на двата типа йони в разтвор са еднакви, се казва, че разтворът има неутраленреакция. Когато се добави киселина към вода, концентрацията на водородни йони се увеличава и концентрацията на хидроксидни йони съответно намалява, когато се добави основа, напротив, съдържанието на хидроксидни йони се увеличава и концентрацията на водородни йони намалява. Когато > кажете, че решението е кисело, а за > - алкален.
За удобство на представянето, за да се отървем от отрицателния показател, вместо концентрациите на водородните йони се използва техният десетичен логаритъм, взет с обратен знак, който всъщност е водородният индикатор - pH).
рН
Реципрочната стойност на pH е станала малко по-малко разпространена - индикатор за основността на разтвора, pOH, равен на отрицателния десетичен логаритъм на концентрацията в разтвора на OH - йони:
както във всеки воден разтвор при 22 ° C \u003d 1,0 × 10 - 14, очевидно е, че при тази температура:
Стойности на pH в разтвори с различна киселинност
- Противно на общоприетото схващане, pH може да варира не само в диапазона от 0 до 14, но може и да надхвърли тези граници. Например, при концентрация на водородни йони = 10 -15 mol / l, pH = 15, при концентрация на хидроксидни йони от 10 mol / l pOH = -1.
|
Тъй като при 25 °C (стандартни условия) · = 10 -14, ясно е, че при тази температура pH + pOH = 14.
Тъй като в киселинни разтвори > 10 -7, тогава pH на киселинните разтвори pH< 7, аналогично pH щелочных растворов pH >7, pH на неутралните разтвори е 7. При по-високи температури константата на дисоциация на водата се увеличава и йонният продукт на водата се увеличава съответно, така че pH е неутрално.< 7 (что соответствует одновременно возросшим концентрациям как H + , так и OH -); при понижении температуры, напротив, нейтральная pH возрастает.
Методи за определяне на стойността на pH
Няколко метода се използват широко за определяне на рН стойността на разтворите. Стойността на pH може да бъде приблизително определена с помощта на индикатори, точно измерена с pH метър или определена аналитично чрез извършване на киселинно-алкално титруване.
- За груба оценка на концентрацията на водородни йони широко се използват киселинно-алкални индикатори - органични багрилни вещества, чийто цвят зависи от pH на средата. Най-известните индикатори включват лакмус, фенолфталеин, метилоранж (метилоранж) и други. Индикаторите могат да съществуват в две различни оцветени форми, киселинни или основни. Промяната на цвета на всеки индикатор става в неговия диапазон на киселинност, обикновено 1-2 единици.
За разширяване на работния обхват на измерване на рН се използва така нареченият универсален индикатор, който представлява смес от няколко индикатора. Универсалният индикатор последователно променя цвета си от червено през жълто, зелено, синьо до лилаво при преминаване от кисела към алкална област. Определянето на pH чрез индикаторния метод е трудно за мътни или оцветени разтвори.
- Използването на специално устройство - pH метър - ви позволява да измервате pH в по-широк диапазон и по-точно (до 0,01 pH единици), отколкото с индикатори. Йонометричният метод за определяне на pH се основава на измерване на ЕМП на галванична верига с миливолтметър-йонометър, включващ специален стъклен електрод, чийто потенциал зависи от концентрацията на H + йони в околния разтвор. Методът е удобен и много точен, особено след калибриране на индикаторния електрод в избран диапазон на pH, позволява измерване на pH на непрозрачни и оцветени разтвори и затова се използва широко.
- Аналитичният обемен метод - киселинно-алкално титруване - също дава точни резултати за определяне на киселинността на разтворите. Разтвор с известна концентрация (титрант) се добавя на капки към тестовия разтвор. Когато се смесят, протича химическа реакция. Точката на еквивалентност - моментът, когато титрантът е точно достатъчен за пълно завършване на реакцията - се фиксира с помощта на индикатор. Освен това, като се знае концентрацията и обема на добавения титратен разтвор, се изчислява киселинността на разтвора.
- Ефект на температурата върху стойностите на pH
0,001 mol/L HCl при 20 °C има pH=3, при 30 °C pH=3
0,001 mol/L NaOH при 20 °C има pH=11,73, при 30 °C pH=10,83
Водородният индекс - pH - е мярка за активността (в случай на разредени разтвори отразява концентрацията) на водородните йони в разтвор, изразяваща количествено неговата киселинност, изчислена като отрицателен (взет с обратен знак) десетичен логаритъм от активността на водородните йони, изразена в молове на литър.
pH = – lg
Тази концепция е въведена през 1909 г. от датския химик Соренсен. Индикаторът се нарича pH, след първите букви на латинските думи potentia hydrogeni - силата на водорода, или pondus hydrogenii - теглото на водорода.
Реципрочната стойност на pH е станала малко по-малко разпространена - индикатор за основността на разтвора, pOH, равен на отрицателния десетичен логаритъм на концентрацията в разтвора на OH йони:
pOH = – lg
В чиста вода при 25 ° C концентрациите на водородни йони () и хидроксидни йони () са еднакви и възлизат на 10 -7 mol / l, това пряко следва от константата на автопротолизата на водата K w, която иначе се нарича йон продукт от вода:
K w \u003d \u003d 10 -14 [mol 2 / l 2] (при 25 ° C)
pH + pOH = 14
Когато концентрациите на двата вида йони в разтвор са еднакви, се казва, че разтворът е неутрален. Когато се добави киселина към вода, концентрацията на водородни йони се увеличава и концентрацията на хидроксидни йони съответно намалява, когато се добави основа, напротив, съдържанието на хидроксидни йони се увеличава и концентрацията на водородни йони намалява. Когато > казват, че разтворът е кисел, а когато > - алкален.
определяне на pH
Няколко метода се използват широко за определяне на рН стойността на разтворите.
1) Стойността на рН може да бъде приблизително определена с индикатори, точно измерена с рН метър или определена аналитично чрез извършване на киселинно-алкално титруване.
За груба оценка на концентрацията на водородни йони широко се използват киселинно-алкални индикатори - органични багрилни вещества, чийто цвят зависи от pH на средата. Най-известните индикатори включват лакмус, фенолфталеин, метилоранж (метилоранж) и други. Индикаторите могат да съществуват в две различни оцветени форми, киселинни или основни. Промяната на цвета на всеки индикатор се случва в неговия диапазон на киселинност, обикновено 1-2 единици (вижте таблица 1, урок 2).
За разширяване на работния обхват на измерване на рН се използва така нареченият универсален индикатор, който представлява смес от няколко индикатора. Универсалният индикатор последователно променя цвета си от червено през жълто, зелено, синьо до лилаво при преминаване от кисела към алкална област. Определянето на pH чрез индикаторния метод е трудно за мътни или оцветени разтвори.
2) Аналитичният обемен метод - киселинно-алкално титруване - също дава точни резултати за определяне на общата киселинност на разтворите. Разтвор с известна концентрация (титрант) се добавя на капки към тестовия разтвор. Когато се смесят, протича химическа реакция. Точката на еквивалентност - моментът, когато титрантът е точно достатъчен за пълно завършване на реакцията - се фиксира с помощта на индикатор. Освен това, като се знае концентрацията и обема на добавения титратен разтвор, се изчислява общата киселинност на разтвора.
Киселинността на околната среда е важна за много химични процеси и възможността за възникване или резултат от определена реакция често зависи от рН на средата. За поддържане на определена стойност на pH в реакционната система по време на лабораторни изследвания или в производството се използват буферни разтвори, които ви позволяват да поддържате практически постоянна стойност на pH при разреждане или когато към разтвора се добавят малки количества киселина или основа.
Стойността на pH се използва широко за характеризиране на киселинно-алкалните свойства на различни биологични среди (Таблица 2).
Киселинността на реакционната среда е от особено значение за биохимичните реакции, протичащи в живите системи. Концентрацията на водородни йони в разтвор често влияе върху физикохимичните свойства и биологичната активност на протеините и нуклеиновите киселини, следователно поддържането на киселинно-алкалната хомеостаза е задача от изключително значение за нормалното функциониране на тялото. Динамичното поддържане на оптималното pH на биологичните течности се постига чрез действието на буферни системи.
3) Използването на специално устройство - pH метър - ви позволява да измервате pH в по-широк диапазон и по-точно (до 0,01 pH единици), отколкото с помощта на индикатори, е удобно и много точно, позволява ви да измервате pH на непрозрачни и цветни разтвори и следователно широко използвани.
С помощта на pH метър се измерва концентрацията на водородни йони (pH) в разтвори, питейна вода, хранителни продукти и суровини, обекти на околната среда и производствени системи за непрекъснат мониторинг на технологичните процеси, включително в агресивни среди.
pH метърът е незаменим за хардуерен мониторинг на pH на разтвори за разделяне на уран и плутоний, когато изискванията за коректност на показанията на оборудването без неговото калибриране са изключително високи.
Устройството може да се използва в стационарни и мобилни лаборатории, включително полеви лаборатории, както и клинична диагностика, криминалистика, изследователска, промишлена, включително месо и млечна промишленост и хлебопекарна.
Напоследък рН-метрите също се използват широко в аквариумни ферми, контрол на качеството на водата в домакинствата, селското стопанство (особено в хидропониката), а също и за мониторинг на здравната диагностика.
Таблица 2. Стойности на pH за някои биологични системи и други разтвори
Система (решение) | |
дванадесетопръстника | |
стомашен сок | |
човешка кръв | |
Мускул | |
панкреатичен сок | |
клетъчна протоплазма | |
Тънко черво | |
Морска вода | |
Протеин кокоше яйце | |
портокалов сок | |
Доматен сок | |