Стойност на PH
Шаблон: DISPLAYTITLE: pH стойност Der Стойност на PH е мярка за силата на киселинния или основен ефект на воден разтвор. Като логаритмична величина, тя се определя от десетичния логаритъм (= "логаритъм") на концентрацията на оксониевите йони (по-точно: активността на оксониевите йони), умножена по -1. Терминът произлиза от строндус З.йдрогении или стрotentia З.ydrogenii (лат. pondus, n. = тегло; potentia, f. = сила; хидрогений, n. = водород).
Въз основа на дисоциационната константа на вода kDiss = c (H +) c (OH -) = 10 −14 mol 2/литър 2, диапазоните на стойностите се разделят на:
- pH 7 съответства на алкален разтвор (основен ефект)
Това обаче се отнася само за чиста вода и разредени разтвори при 25 ° C.
Допълнителни препоръчителни познания
Ежедневна визуална проверка на лабораторните везни
По-висока производителност при претегляне в 6 лесни стъпки
8 стъпки до чиста скала - и 5 решения, за да я поддържате чиста
Съдържание
Измерване на стойността на рН
Стойността на рН на разтвора може да се определи с помощта на различни методи:
Галванометрия
Повечето налични в търговската мрежа рН-метри се основават на този принцип. Стъклена мембранна топка, пълна с разтвор на калиев хлорид, се потапя в течността, която трябва да се измери. Поради тенденцията на водородните йони да се натрупват в тънки слоеве върху стъклената повърхност, вътре в сферата се натрупва галванично напрежение. Създава се галванична клетка, чиято електромоторна сила се измерва спрямо еталонен електрод, който е независим от водородните йони (вж. PH електрод).
Измерване с чувствителни към йони полеви транзистори (ISFET)
Подобно на стъкления електрод, водородните йони изграждат потенциал върху чувствителната мембрана на затвора на транзистора, който след това влияе на текущата пропускливост на транзистора и по този начин може да бъде реализиран с помощта на измервателна технология.
Колориметрия, базирана на реакцията на индикаторно багрило
| Киселина на батерията | 1.0 | ядосан |
| Стомашна киселина (празен стомах) | 1,0-1,5 | |
| Лимонов сок | 2.4 | |
| кола | 2-3 | |
| Морело плодов сок | 2.7 | |
| оцет | 2.9 | |
| Сок от портокал и ябълка | 3.5 | |
| Вино | 4.0 | |
| Кисело мляко | 4.5 | |
| Бира | 4,5-5,0 | |
| киселинен дъжд | 8,3 = синьо), фенолфталеин (рН 10,0 = розово), метилоранж (рН 4,4 = жълто) и бромотимолово синьо (рН 7,6 = синьо). |
определение
За много силни киселини (pks стойност
В този случай активността се определя от химичния потенциал и следователно е безразмерна. Тази дефиниция на рН обаче рядко се използва при прости изчисления. По-скоро, за опростяване, човек се задоволява с приблизителното, че активността на оксония за разредени разтвори е зададена равна на концентрацията на оксониевите йони (в mol/dm 3):
Подобно на дейностите, стойността на рН също е безразмерно количество.
За слабите киселини обаче се прилага уравнението на Хендерсън-Хаселбалх.
Аналогично на стойността на рН, може да се дефинира и стойност на pOH, което от своя страна представлява десетичния логаритъм на OH - активност, умножена по -1; OH - активността се измерва в mol/dm³.
Двете стойности са свързани с равновесието на автопротолизата:
Логаритъмът на активността на водата тук е приблизително равен на нула, тъй като активността на водата за разредени разтвори е приблизително равна на единица и по този начин изчезва. Константата на равновесие е 10-14 при нормални условия, така че връзката между pH и стойността на pOH е:
РН на други разтворители
Един вид "рН" е и за другите протичен Разтворителите (т.е. тези, които могат да прехвърлят протони) определят и също се основават на автопротолизата на тези разтворители. Общият отговор е:
2LH LH2 + + L - (обща формулировка на автопротолиза)
- LH2 + = лиониев йон
- L - = лиатен йон
Константата на равновесие K обикновено е по-малка тук, отколкото за йонния продукт на водата.
След това стойността на рН се определя по следния начин (индексът p показва, че разтворите не са водни, а са проточни):
pHp = -lg [LH2 +]
| (безводна) мравчена киселина | 2HCOOH HCOOH2 + + HCOO - |
| амоняк | 2NH3 NH2 - + NH4 + |
| Ледена оцетна киселина | 2CH3COOH CH3COO - + CH3COOH2 + |
| Етанол | 2C2H5OH C2H5OH2 + + C2H5O - |
Връзка с киселини и основи
Ако киселините се разтварят във вода, те дисоциират водородните йони във водата и по този начин намаляват стойността на pH. Ако, от друга страна, основите са разтворени, те или освобождават хидроксилни йони (напр. NaOH), които свързват водородните йони от дисоциацията на водата, или самите те свързват водородните йони (напр. Амоняк → амоний). В резултат на това основите увеличават стойността на рН. Това прави рН мярка за количеството киселини и основи в разтвор. В зависимост от силата, киселината или основата се дисоциират в по-голяма или по-малка степен и по този начин влияят на стойността на рН в различна степен.
В повечето водни разтвори стойностите на pH са приблизително между 0 (силно киселинни) и 14 (силно алкални), въпреки че тези граници са надхвърлени с по една единица само в 1 моларен разтвор на силни киселини и основи (-1 и 15 ). Понастоящем най-ниската естествено срещаща се стойност на pH е -3,6 (в мина за пирит в Калифорния [1]). Скалата на рН е ограничена само от разтворимостта на киселини или основи във вода. В случай на екстремни стойности на pH или в концентрирани разтвори, съгласно дефиницията на стойността на pH, трябва да се очакват дейности вместо концентрации. Тези изчисления обаче са много сложни.
Повечето рН електроди се държат почти линейно в диапазона на измерване между 0 и 14 (т.е. същите разлики в стойността на рН съответстват на почти постоянни разлики в измерения потенциал на електрода), така че според международната конвенция стойностите на рН обикновено могат да се измерват директно само в този диапазон.
Смесените разтвори на слаба киселина с една от нейните соли или слаби основи с техните соли („буферни компоненти“) са от особено значение. Такива решения се наричат буферни решения. Там се установяват стойности на pH, които са близки до отрицателната логаритмична стойност на техните киселинни константи или основни константи. Когато се добавят други по-силни киселини или основи, стойността им на pH се променя значително по-малко, отколкото когато тези съответстващи киселини и основи се добавят към чиста ("небуферирана") вода. Това се отнася до изчерпване на капацитета на буфера, а именно когато добавеното количество надвишава предлагането на използвания от него буферен компонент.
Ако оставите чиста вода във въздуха, тя абсорбира въглероден диоксид, около 0,3 до 1 mg/l, в зависимост от температурата. Образува се въглеродна киселина, която се дисоциира до хидрогенкарбонат:
Това определя рН от около 5.
Изчисляване на стойността на pH с известна концентрация на киселини и основи
Ако концентрацията на киселини и основи във воден разтвор е известна, може да се изчисли и стойността на рН. Стойността на pH на силните киселини съответства на отрицателния декаден логаритъм на концентрацията на киселината, тъй като се приема, че концентрацията на киселината съответства на тази на оксониевите йони и не отчита автопротолизата на водата.
Стойността на рН на слабите киселини е приблизително половината от разликата между стойността на pKS и декадния логаритъм на киселинната концентрация:
[С.]: Концентрация на Слабости Киселина в mol/l.
Тези изчисления могат да бъдат много полезни при вземане на разтвори със специфично рН.
За разтвори на киселина или основа и съответната им сол (вж. Също буферен разтвор) стойността на рН може да се изчисли доста добре, като се използва така нареченото уравнение на Хендерсън-Хаселбалх.
За мулти-протонните киселини стойността за първия етап на протолиза може да бъде изчислена приблизително (най-ниската стойност на рКа) и да се използва, тъй като вторият етап обикновено има значително по-малко влияние. Точното изчисление обаче отнема изключително много време, тъй като имате работа със система от свързани равновесия (оксониевите йони от първия етап на протолиза оказват влияние върху втория и обратно). Изглежда подобно сложно със смеси от няколко киселини и/или основи, точното алгебрично решение обикновено вече не е възможно и уравненията трябва да бъдат решени числено, използвайки итеративни методи. Освен това, в случай на много високи концентрации на киселини или основи, трябва да се отбележи, че приближението, че активността на оксониевите йони е равна на тяхната концентрация в mol/dm 3, вече не се прилага.
Температурна зависимост
Стойностите на pH на различните разтвори зависят от температурата. Това трябва да бъде илюстрирано на примера на 1 моларен разтвор на фенол. Да приемем, че температурата на разтвора е 30 ° C. PKa на фенола (PhOH) е 10. По този начин разтворът има рН около 4,5. Ако температурата се промени, могат да настъпят по същество три ефекта - обикновено куплирани - от които първият е най-важният:
- Константата на равновесие K за дисоциацията на фенола се увеличава с повишаване на температурата, както и дисоциацията на киселината. Ако K се увеличи, стойността на рН тук ще намалее и обратно.
- :
- Когато температурата спадне от 30 ° C до 20 ° C, фенолът има по-ниска разтворимост във вода и се разтваря само около 0,9 mol/l. В този случай рН се повишава до около 4,55. Този ефект играе роля само за разтвори, близки до насищането на разтворимост.
- Когато температурата се повиши, обемът на разтвора леко се увеличава. Това намалява моларната концентрация на фенол. По този начин стойността на рН се увеличава, макар и трудно измерима. Аналогично стойността на рН спада при спадане на температурата.
Значение на стойността на рН
Ефекти на рН в химията
Някои химични съединения променят химическата си структура в зависимост от стойността на рН, а оттам и цвета си (виж индикатора (химия) или фенолфталеин).
При много химически реакции стойността на рН влияе на скоростта на реакцията. При такива реакции водородните йони често играят ролята на катализатор. Един пример за това е втвърдяването на аминопласти.
Ефектът на рН върху растежа на растенията
По принцип стойността на pH на почвата влияе върху наличието на хранителни соли (напр. Дефицит на желязо при неутрални и алкални стойности на pH). Освен това екстремните стойности на рН увреждат растителните органи (киселинен дъжд, химически изгаряния).
За хранителния баланс на растенията (в допълнение към фосфора, сярата и поташа) азотът е от особено значение. Азотът почти винаги се абсорбира под формата на водоразтворим амоний (NH4 + йони) или по-често като нитрат (NO3 - йони). Амонийът и нитратът са в равновесие в почви със стойност на рН 7. В кисели почви преобладават йони NH4 +, в алкални почви йони NO3.
Ако растението може да абсорбира само NH4 + поради пропускливостта на кореновата мембрана, то е свързано с кисели почви и съответно задължително ацидофилни (киселинни). Ако може да абсорбира само нитрат NO3 -, той може да расте само върху почви, богати на основи (облигатен базофил). Ако обаче може да абсорбира както амоний, така и нитрати, може да расте както на кисели, така и на богати на основи почви. В минералните торове се използва амониев нитрат (NH4NO3), сол, направена от амониеви и нитратни йони.
Ако стойността на pH е прекалено висока или ниска, хранителните вещества в почвата са фиксирани и следователно са недостатъчно достъпни за растенията. Освен това, когато стойността на рН е много ниска, от почвата се отделят токсични вещества за растенията. Те включват йони на алуминий и манган.
Вижте също: pH на почвата, Kalkstet, варовита почва, подкисляване на почвата, подкисляване на моретата
Значението на pH при хората
Стойността на pH на кръвта и клетъчната течност е от решаващо значение. Стойността на рН в кръвта се регулира чрез сложно равновесие на разтворени протеини, соли и газове и има силно взаимодействие с хемоглобина. Колкото по-ниска е стойността на рН, толкова по-малко кислород може да се свърже (ефект на Бор). Ако стойността на рН на кръвта се понижи в тъканта от дихателна въглена киселина, хемоглобинът освобождава кислород. Обратно, ако въглеродният диоксид се издишва в белите дробове, там се повишава стойността на рН на кръвта и по този начин способността на хемоглобина да абсорбира кислорода.
Стойността на рН също е от решаващо значение за възпроизводството на човека. Докато вагиналната среда е кисела, за да отблъсне патогените, спермата на мъжа има алкална стойност на рН. Реакцията на неутрализация, която възниква по време на полов акт, води до оптимална среда за движение на сперматозоидите.
Човешката кожа също е слабо кисела (рН 5,5). Тази киселинна мантия е защита срещу патогени. Сапуните, които обикновено са основни, „изсушават“ кожата, защото разрушават киселинния слой. Следователно „pH-неутрален за кожата“ сапун няма неутрална стойност на pH, а леко кисела.
Значение на стойността на pH за аквариумите
Трябва да се поддържа определена стойност на pH за растенията и рибите в аквариумите. Живите същества имат диапазон на толеранс към стойността на pH и не могат да оцелеят извън него. Растенията в аквариума обикновено имат по-голям диапазон на толерантност от рибите.
Ориентировъчни стойности за аквариумни риби (сладка вода):
- Кисела вода (pH ≈ 6):
- Южноамериканци (неон, ангел, дискус, L-сом и др.)
- Азиатци (гуарами, гурами и др.)
- Неутрална вода (pH ≈ 7)
- Централна Америка (цихлида с устна кухина и др.)
- Алкална вода (pH ≈ 8)
- Източноафрикански гробни езера (цихлиди от езерото Танганика и езерото Малави и др.)
Съгласно Наредбата за питейната вода питейната вода от чешмата може да има стойност на рН между 6,5 и 9,5. Следователно може да е препоръчително аквариумът да се напълни с висококачествена изворна вода, вместо с питейна вода. Водата може също да се регулира до желаното рН с помощта на наличните в търговската мрежа химически комплекти.