Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Водневий показник



План:


Введення

Водневий показник, pH (вимовляється "пе аш", англійська вимова англ. pH - pi ː 'eɪtʃ "Пі ейч") - міра активності (в дуже розведених розчинах вона еквівалентна концентрації) іонів водню в розчині, і кількісно виражає його кислотність, обчислюється як негативний (узятий з оберненим знаком) десятковий логарифм активності водневих іонів, вираженої в молях на літр:

\ Mbox {pH} = - \ lg \ left [\ mbox {H} ^ + \ right] \!

1. Історія

Це поняття було введено в 1909 датським хіміком Серенсеном. Показник називається pH, за першими літерами латинських слів potentia hydrogeni - сила водню, або pondus hydrogenii - вага водню. Взагалі в хімії поєднанням pX прийнято позначати величину, рівну-lgX, а буква H в даному випадку означає концентрацію іонів водню (H +), або, точніше, термодинамічну активність гідроксонію -іонів.


2. Рівняння, що зв'язують pH і pOH

2.1. Висновок значення pH

У чистій воді при 25 C концентрації іонів водню ([H +]) і гідроксид-іонів ([OH -]) однакові і складають 10 -7 моль / л, це безпосередньо випливає з визначення іонного добутку води, що дорівнює [H +] [OH -] і становить 10 -14 моль / л (при 25 C).

Коли концентрації обох видів іонів в розчині однакові, говорять, що розчин має нейтральну реакцію. При додаванні до води кислоти концентрація іонів водню збільшується, а концентрація гідроксид-іонів відповідно зменшується, при додаванні підстави - ​​навпаки, підвищується вміст гідроксид-іонів, а концентрація іонів водню падає. Коли [H +]> [OH -] кажуть, що розчин є кислим, а при [OH -]> [H +] - лужним.

Для зручності подання, щоб позбутися негативного показника ступеня, замість концентрацій іонів водню користуються їх десятковим логарифмом, узятим зі зворотним знаком, який власне і є водневим показником - pH.

\ Mbox {pH} = - \ lg \ left [\ mbox {H} ^ + \ right] \!

2.2. pOH

Кілька менше поширення отримала зворотній pH величина - показник основності розчину, pOH, рівна негативному десятковому логарифму концентрації в розчині іонів OH -:

\ Mbox {pOH} = - \ lg \ left [\ mbox {OH} ^ - \ right] \!

як в будь-якому водному розчині при 22 C [H +] [OH -] = 1,0 10 - 14 , Очевидно, що при цій температурі:

\ Mbox {pOH} = 14 - \ mbox {pH} \!

3. Значення pH у розчинах різної кислотності

  • Всупереч поширеній думці, pH може змінюватися не тільки в інтервалі від 0 до 14, а може і виходити за ці межі. Наприклад, при концентрації іонів водню [H +] = 10 -15 моль / л, pH = 15, при концентрації іонів гідроксиду 10 моль / л pOH = -1.
Деякі значення pH
Речовина pH
Електроліт в свинцевих акумуляторах <1.0
Шлунковий сік 1,0-2,0
Лимонний сік (5% р-р лимонної кислоти) 2,0 0,3
Харчовий оцет 2,4
Кока-кола 3,0 0,3
Яблучний сік 3,0
Пиво 4,5
Кава 5,0
Шампунь 5,5
Чай 5,5
Шкіра здорової людини 5,5
Кислотний дощ <5,6
Слина 6,35-6,85
Молоко 6,6-6,9
Чистий вода 7,0
Кров 7,36-7,44
Морська вода 8,0
Мило (жирове) для рук 9,0-10,0
Нашатирний спирт 11,5
Відбілювач ( хлорне вапно) 12,5
Концентровані розчини лугів > 13

Так як при 25 C (стандартних умовах) [H +] [OH -] = 10 -14, то зрозуміло, що при цій температурі pH + pOH = 14.

Так як в кислих розчинах [H +]> 10 -7, то pH кислих розчинів pH <7, аналогічно pH лужних розчинів pH> 7, ​​pH нейтральних розчинів дорівнює 7. При більш високих температурах константа електролітичної дисоціації води підвищується, відповідно збільшується іонний добуток води, тому нейтральній виявляється pH <7 (що відповідає одночасно зрослим концентрацій як H +, так і OH -); при зниженні температури, навпаки, нейтральна pH зростає.


4. Методи визначення значення pH

Для визначення значення pH розчинів широко використовують кілька методик. Водневий показник можна приблизно оцінювати з допомогою індикаторів, точно вимірювати pH-метром або визначати аналітично шляхом, проведенням кислотно-основного титрування.

  1. Для грубої оцінки концентрації водневих іонів широко використовуються кислотно-основні індикатори - органічні речовини- барвники, колір яких залежить від pH середовища. До найбільш відомих індикаторів належать лакмус, фенолфталеїн, метиловий оранжевий (метилоранж) та інші. Індикатори здатні існувати у двох по-різному пофарбованих формах - або в кислотній, або в основний. Зміна кольору кожного індикатора відбувається в своєму інтервалі кислотності, зазвичай становить 1-2 одиниці.
  2. Для розширення робочого інтервалу вимірювання pH використовують так званий універсальний індикатор, що представляє собою суміш з кількох індикаторів. Універсальний індикатор послідовно змінює колір з червоного через жовтий, зелений, синій до фіолетового при переході з кислої області в лужну. Визначення pH індикаторним методом утруднено для каламутних або забарвлених розчинів.
  3. Використання спеціального приладу - pH-метра - дозволяє вимірювати pH в більш широкому діапазоні і більш точно (до 0,01 одиниці pH), ніж за допомогою індикаторів. Іонометріческій метод визначення pH грунтується на вимірюванні милливольтметром-ионометрии ЕРС гальванічного ланцюга, що включає спеціальний скляний електрод, потенціал якого залежить від концентрації іонів H + у навколишньому розчині. Спосіб відрізняється зручністю і високою точністю, особливо після калібрування індикаторного електрода в обраному діапазоні рН, дозволяє вимірювати pH непрозорих і кольорових розчинів і тому широко використовується.
  4. Аналітичний об'ємний метод - кислотно-основне титрування - також дає точні результати визначення кислотності розчинів. Розчин відомої концентрації (титрант) по краплях додається до досліджуваного розчину. При їх змішуванні протікає хімічна реакції. Точка еквівалентності - момент, коли титранта точно вистачає, щоб повністю завершити реакцію, - фіксується за допомогою індикатора. Далі, знаючи концентрацію і об'єм доданого розчину титранту, обчислюється кислотність розчину.
  5. Вплив температури на значення pH

0.001 моль / Л HCl при 20 C має pH = 3, при 30 C pH = 3

0.001 моль / Л NaOH при 20 C має pH = 11.73, при 30 C pH = 10.83

Вплив температури на значення pH об'яснятеся різної дисоціацією іонів водню (H +) і не є помилкою експерименту. Температурний ефект неможливо компенсувати за рахунок електроніки pH-метра.


5. Роль pH в хімії та біології

Кислотність середовища має важливе значення для безлічі хімічних процесів, і можливість протікання або результат тієї або іншої реакції часто залежить від pH середовища. Для підтримки певного значення pH в реакційній системі при проведенні лабораторних досліджень або на виробництві застосовують буферні розчини, які дозволяють зберігати практично постійне значення pH при розведенні або при додаванні в розчин невеликих кількостей кислоти або лугу.

Водневий показник pH широко використовується для характеристики кислотно-основних властивостей різних біологічних середовищ.

Кислотність реакційного середовища особливе значення має для біохімічних реакцій, що протікають в живих системах. Концентрація в розчині іонів водню часто впливає на фізико-хімічні властивості і біологічну активність білків і нуклеїнових кислот, тому для нормального функціонування організму підтримання кислотно-основного гомеостазу є завданням виняткової важливості. Динамічне підтримання оптимального pH біологічних рідин досягається завдяки дії буферних систем організму.


6. Література

  1. Бейтс Р., Визначення рН. Теорія і практика, пров. 2 видавництва., Переклад з англійської за редакцією акад. Б. П. Нікольського і проф. М. М. Шульца. "Хімія". Л., 1972

7. Коментарі

8.1. Про джерело

У 1965 р. Роджер Бейтс пише проф. Б. П. Нікольському і проф. М. М. Шульцу :


Професор Р. Г. Бейтс, Департамент електрохімічних досліджень, Національне бюро стандартів, Вашингтон, США, 8 березня 1965 СРСР, Ленінград, Ленінградський Державний Університет, проф. Б. П. Нікольському, проф. М. М. Шульцу

Вельмишановні професора Нікольський і Шульц! Займаючись стандартизацією вимірювань pH, я зміг гідно оцінити ваші чудові роботи по скляному електроду, які значно розширили розуміння механізму дії іона водню. Я сподіваюся незабаром отримати можливість побувати у вашій країні у зв'язку з Московським конгресом Міжнародного союзу загальної та прикладної химии. Я був би дуже вдячний вам, якби зміг відвідати ваш інститут і познайомитися з вами. Припускаючи, що сесія конгресу закінчиться 18 липня, я сподіваюся бути в Ленінграді 19 липня. Чи можливо моє відвідування Вашого інституту 20 або 21 липня? Я добре знайомий також з деякими роботами доктора Л. Л. Макарова і, якщо це зручно, хотів би зустрітися і з ним.

З найкращими побажаннями щиро Ваш Роджер Г. Бейтс, керівник відділу електрохімічного аналізу Національного бюро стандартів. (Архів академіка М. М. Шульца)


У 1968 р. було здійснено перше видання книги Р. Бейтса російською мовою (за редакцією проф. Б. П. Нікольського і проф. М. М. Шульца): Determination of pH. Roger G. Bates, National Bureau of Standards. John Wiley & Sons Inc. New York - London - Sydney. 1964



Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Водневий зв'язок
Показник
Показник Гельдера
Показник заломлення
Показник кольору
Показник числа по модулю
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru