Значення PH
Шаблон: DISPLAYTITLE: значення рН Der Значення PH є мірою сили кислотного або основного ефекту водного розчину. Як логарифмічна величина вона визначається десятичним логарифмом (= "логарифм") концентрації іонів оксонію (точніше: активності іонів оксонію), помноженого на -1. Термін походить від сторондус Hідрогенії або сторотенція Hідрогенії (лат. pondus, n. = вага; potentia, f. = сила; гідроген, n. = водень).
Виходячи з константи дисоціації води kDiss = c (H +) c (OH -) = 10-14 моль 2/літр 2, діапазони значень поділяються на:
- рН 7 відповідає лужному розчину (основний ефект)
Однак це стосується лише чистої води та розведених розчинів при 25 ° C.
Надалі рекомендовані знання спеціалістів
Щоденний візуальний огляд лабораторних ваг
Вища продуктивність зважування за 6 простих кроків
8 кроків до чистого накипу - і 5 рішень, щоб підтримувати його в чистоті
Зміст
Вимірювання значення рН
Значення рН розчину можна визначити, використовуючи різні методи:
Гальванометрія
Більшість комерційно доступних рН-метрів засновані на цьому принципі. Скляну мембранну кульку, заповнену розчином хлористого калію, занурюють у рідину для вимірювання. Через тенденцію іонів водню накопичуватися тонкими шарами на поверхні скла, всередині сфери накопичується гальванічна напруга. Створюється гальванічний елемент, електрорушійна сила якого вимірюється відносно електрода порівняння, який не залежить від іонів водню (див. РН-електрод).
Вимірювання за допомогою іонночутливих польових транзисторів (ISFET)
Подібно до скляного електрода, іони водню створюють потенціал на чутливій мембрані затвора транзистора, який потім впливає на поточну проникність транзистора і, отже, може бути реалізований за допомогою вимірювальної технології.
Колориметрія на основі реакції індикаторного барвника
| Кислотна батарея | 1.0 | злий |
| Шлункова кислота (порожній шлунок) | 1,0-1,5 | |
| Лимонний сік | 2.4 | |
| кола | 2-3 | |
| Фруктовий сік Морелло | 2.7 | |
| оцет | 2.9 | |
| Апельсиновий і яблучний сік | 3.5 | |
| Вино | 4.0 | |
| Кефір | 4.5 | |
| пиво | 4,5-5,0 | |
| кислотний дощ | 8,3 = синій), фенолфталеїн (pH 10,0 = рожевий), метиловий оранжевий (pH 4,4 = жовтий) і бромотимоловий синій (pH 7,6 = синій). |
визначення
Для дуже сильних кислот (значення pks
У цьому випадку активність визначається хімічним потенціалом і, отже, безрозмірна. Однак це визначення рН рідко використовується у простих розрахунках. Швидше, з міркувань спрощення, задовольняється наближенням того, що активність оксонію для розведених розчинів встановлюється рівною концентрації іонів оксонію (в моль/дм 3):
Подібно до видів діяльності, значення pH також є безрозмірною величиною.
Однак для слабких кислот застосовується рівняння Хендерсона-Хассельбальха.
Аналогічно значенню рН, також може бути визначено значення рОН, яке, у свою чергу, представляє декадний логарифм ОН - активності, помноженої на -1; ОН - активність вимірюється в моль/дм³.
Ці два значення відносяться до рівноваги автопротолізу:
Логарифм активності води тут приблизно дорівнює нулю, оскільки активність води для розведених розчинів приблизно дорівнює одиниці, і тому зникає. Константа рівноваги дорівнює 10-14 в нормальних умовах, тому залежність між рН та величиною рОН становить:
РН інших розчинників
Своєрідний "рН" - це і для інших протичний Розчинники (тобто ті, які можуть переносити протони) визначають, а також засновані на автопротолізі цих розчинників. Загальна відповідь така:
2LH LH2 + + L - (загальна рецептура автопротолізу)
- LH2 + = іон ліонію
- L - = ліат-іон
Константа рівноваги K тут, як правило, менша, ніж для іонного продукту води.
Потім значення рН визначають наступним чином (індекс р вказує на те, що розчини не є водними, а є протоними):
pHp = -lg [LH2 +]
| (безводна) мурашина кислота | 2HCOOH HCOOH2 + + HCOO - |
| аміак | 2NH3 NH2 - + NH4 + |
| Льодова оцтова кислота | 2CH3COOH CH3COO - + CH3COOH2 + |
| Етанол | 2C2H5OH C2H5OH2 + + C2H5O - |
Взаємозв'язок з кислотами та основами
Якщо кислоти розчиняються у воді, вони дисоціюють іони водню у воду і тим самим знижують значення рН. Якщо ж основи розчинені, вони або вивільняють гідроксильні іони (наприклад, NaOH), які зв’язують іони водню з дисоціацією води, або вони самі пов'язують іони водню (наприклад, аміак → амоній). В результаті основи збільшують значення рН. Це робить рН мірою кількості кислот і основ у розчині. Залежно від сили, кислота або основа дисоціює більшою чи меншою мірою і, таким чином, впливає на значення рН різним ступенем.
У більшості водних розчинів значення рН складають приблизно від 0 (сильнокислий) до 14 (сильно лужний), хоча ці межі перевищуються на одну одиницю, лише в 1 молярному розчині сильних кислот і основ (-1 і 15 ). На сьогодні найнижче в природі значення рН становить -3,6 (у шахті піриту в Каліфорнії [1]). Шкала рН обмежена лише розчинністю кислот або основ у воді. У випадку крайніх значень рН або у концентрованих розчинах, згідно з визначенням значення рН, слід очікувати активності замість концентрацій. Однак ці розрахунки дуже складні.
Більшість електродів рН поводяться майже лінійно в діапазоні вимірювань від 0 до 14 (тобто однакові відмінності у величині рН відповідають майже постійним різницям у вимірюваному потенціалі електрода), так що, згідно з міжнародною конвенцією, значення рН зазвичай можна виміряти лише безпосередньо в цьому діапазоні.
Змішані розчини слабкої кислоти з однією з її солей або слабких основ з їх солями ("буферні компоненти") мають особливе значення. Такі розчини називаються буферними розчинами. Там встановлені значення рН, близькі до негативного логарифмічного значення їх кислотних констант або основних констант. При додаванні інших більш сильних кислот або основ їх значення рН змінюється значно менше, ніж при додаванні цих відповідних кислот і основ до чистої («небуферованої») води. Це застосовується до тих пір, поки буферна потужність не буде вичерпана, а саме тоді, коли додана кількість перевищить запас використовуваного ним буферного компонента.
Якщо залишити в повітрі чисту воду, вона поглинає вуглекислий газ, приблизно від 0,3 до 1 мг/л, залежно від температури. Утворюється вуглекислота, яка дисоціює до карбонату гідрогену:
Це встановлює рН приблизно 5.
Розрахунок значення рН з відомою концентрацією кислот і основ
Якщо концентрація кислот і основ у водному розчині відома, значення рН також можна розрахувати. Значення рН сильних кислот відповідає негативному декадичному логарифму концентрації кислоти, оскільки передбачається, що концентрація кислоти відповідає концентрації іонів оксонію і не враховує автопротоліз води.
Значення рН слабких кислот становить приблизно половину різниці між значенням pKS і декадичним логарифмом концентрації кислоти:
[С.]: Концентрація слабкі сторони Кислота в моль/л.
Ці розрахунки можуть бути дуже корисними при виготовленні розчинів із певним pH.
Для розчинів кислоти або основи та їх відповідної солі (див. Також буферний розчин) значення рН можна досить добре розрахувати, використовуючи так зване рівняння Хендерсона-Хассельбалха.
Для мультипротонних кислот значення для першої стадії протолізу можна розрахувати приблизно (найнижче значення рКа) і використати, оскільки друга стадія зазвичай має лише значно менший вплив. Однак точний розрахунок надзвичайно трудомісткий, оскільки ви маєте справу із системою зчеплених рівноваг (іони оксонію з першої стадії протолізу впливають на другу і навпаки). Це виглядає настільки ж складним із сумішами декількох кислот та/або основ, точне алгебраїчне рішення, як правило, вже неможливе, і рівняння доводиться вирішувати чисельно, використовуючи ітераційні методи. Крім того, при дуже високих концентраціях кислот або основ потрібно зазначити, що наближення більше не застосовується, що активність іонів оксонію дорівнює їх концентрації в моль/дм 3.
Температурна залежність
Значення рН різних розчинів залежать від температури. Це слід проілюструвати на прикладі 1 молярного розчину фенолу. Припустимо, що температура розчину становить 30 ° C. PKa фенолу (PhOH) дорівнює 10. Таким чином, розчин має рН близько 4,5. Якщо температура змінюється, можуть відбутися, по суті, три ефекти - як правило, поєднані - з яких перший є найважливішим:
- Константа рівноваги K для дисоціації фенолу зростає із збільшенням температури, а також дисоціація кислоти. Якщо K збільшується, тут значення pH зменшується, і навпаки.
- :
- Коли температура падає з 30 ° C до 20 ° C, фенол має нижчу розчинність у воді і розчиняється лише приблизно 0,9 моль/л. У цьому випадку рН піднімається приблизно до 4,55. Цей ефект відіграє роль лише для розчинів, близьких до насичення розчинності.
- При підвищенні температури об’єм розчину трохи збільшується. Це знижує молярну концентрацію фенолу. Таким чином, значення рН зростає, хоча і важко виміряне. Аналогічно, значення рН падає при зниженні температури.
Важливість значення рН
Вплив рН на хімію
Деякі хімічні сполуки змінюють свою хімічну структуру залежно від значення рН, а отже, і їх кольору (див. Індикатор (хімія) або фенолфталеїн).
У багатьох хімічних реакціях значення рН впливає на швидкість реакції. У таких реакціях іони водню часто відіграють роль каталізатора. Одним із прикладів цього є затвердіння амінопластів.
Вплив рН на ріст рослин
В основному, значення рН ґрунту впливає на доступність поживних солей (наприклад, дефіцит заліза при нейтральних і лужних значеннях рН). Крім того, екстремальні значення рН пошкоджують органи рослин (кислотні дощі, хімічні опіки).
Окрім фосфору, сірки та калію, для балансу поживних речовин рослин особливе значення має азот. Азот майже завжди поглинається у вигляді водорозчинного амонію (іони NH4 +) або частіше у вигляді нітрату (іони NO3 -). Амоній і нітрати знаходяться в рівновазі в ґрунтах зі значенням рН 7. У кислих ґрунтах переважають іони NH4 +, у лужних - іони NO3.
Якщо рослина може поглинати лише NH4 + завдяки проникності кореневої мембрани, вона зв’язується з кислими ґрунтами і відповідно обов’язково ацидофільними (кислотолюбивими). Якщо він може поглинати лише нітрат NO3 -, він може рости лише на ґрунтах, багатих основами (облігатний базофіл). Однак якщо він може поглинати як амоній, так і нітрати, він може рости як на кислих, так і на багатих основою грунтах. У мінеральних добривах використовується аміачна селітра (NH4NO3), сіль, виготовлена з іонів амонію та нітратів.
Якщо значення рН надмірно високе або низьке, поживні речовини в ґрунті є фіксованими і, отже, недостатньо доступні для рослин. Крім того, коли значення рН дуже низьке, з грунту для рослин виділяються токсичні речовини. До них належать іони алюмінію та марганцю.
Дивіться також: рН ґрунту, калькштет, вапняний ґрунт, підкислення ґрунту, закислення морів
Значення рН для людини
Значення рН крові та клітинної рідини має вирішальне значення. Значення рН у крові регулюється складною рівновагою розчинених білків, солей і газів і має сильну взаємодію з гемоглобіном. Чим нижче значення рН, тим менше кисню воно може зв’язати (ефект Бора). Якщо значення рН крові знижується в тканині за допомогою дихальної вуглекислоти, то гемоглобін виділяє кисень. І навпаки, якщо в легенях видихається вуглекислий газ, там збільшується значення рН крові і, отже, здатність гемоглобіну поглинати кисень.
Значення рН також має вирішальне значення для розмноження людини. Поки вагінальне середовище є кислим, щоб відігнати патогени, сперма чоловіка має лужне значення рН. Реакція нейтралізації, яка виникає під час статевого акту, призводить до оптимального середовища для руху сперми.
Шкіра людини також слабокисла (рН 5,5). Ця кислотна мантія є захистом від збудників хвороб. Мило, яке зазвичай є основним, “сушить” шкіру, оскільки руйнує кислотний шар. Отже, «нейтральне для шкіри мило» мило має не нейтральне значення рН, а злегка кисле.
Значення значення рН для акваріумів
Необхідно підтримувати певне значення рН для рослин та риб в акваріумах. Живі істоти мають допуск на значення рН і не можуть вижити поза ним. Рослини в акваріумі зазвичай мають більший діапазон переносимості, ніж риби.
Орієнтовні значення для акваріумних риб (прісна вода):
- Кисла вода (рН ≈ 6):
- Південноамериканці (неон, ангел, дискус, L-сом тощо)
- Азіати (гуарамі, гурамі та ін.)
- Нейтральна вода (рН ≈ 7)
- Центральноамериканська (цихліда з ротової порожнини тощо)
- Лужна вода (рН ≈ 8)
- Східноафриканські могильні озера (цихліди з озера Танганьїка, озера Малаві та ін.)
Згідно з Постановою про питну воду, питна вода з-під крана може мати значення рН від 6,5 до 9,5. Тому може бути доцільним наповнити акваріум якісною джерельною водою замість питної води. Воду також можна відрегулювати до бажаного рН за допомогою наявних у продажу хімічних наборів.