рН раствора

I. Общие определения

pH - очень важная химическая концепция, и поэтому она должна быть известна всем начинающим химикам уже в первые годы науки. В этой статье основные вопросы, связанные с этой концепцией, были представлены в простой и понятной форме.

рН - это количественное определение кислотности и щелочности водного раствора. РН можно выразить с помощью формулы:

pH = -log10 [H +]

Значение рН является отрицательным десятичным логарифмом от активности ионов водорода. Поэтому концентрация ионов водорода [H +] важна. Единица измерения - моль / дм3. Например, pH = 2 означает, что dm3 содержит 10-2 моля ионов H +. Отрицательная сила говорит о том, что чем сильнее тестовый раствор, тем ниже должно быть значение pH. Значение pH, равное единице, указывает на то, что мы имеем дело с сильной кислотой. PH 14 означает сильное основание. Шкала рН 0-14.

PH + pOH = 14

POH = -log [OH-]

Отрицательный логарифм в определении pH изначально использовался, чтобы избежать работы с отрицательными числами.

POH является показателем концентрации гидроксид-ионов (OH-) в тестируемом растворе.

1M раствор HCl имеет pH = 0, а 1M раствор NaOH имеет pH = 14.

Кислотные растворы всегда имеют pH менее 7, а щелочные растворы более 7. Дистиллированная вода должна иметь pH 7, но в действительности она ниже, поэтому она содержит углекислый газ - газ, содержащийся в воздухе, который имеет хорошую растворимость в воде.

Пример рН растворов;

- 1М HCl-0;

- 1М NaOH-14;

- кока-кола-2;

- вода с маринованными огурцами - 1.

ИЮПАК серьезно рассматривает вопрос о введении официального определения рН, что, вероятно, станет полной неожиданностью для многих химиков:

«РН - это показание шкалы рН-метра, электроды которого погружены в исследуемый раствор. PH-метр должен быть предварительно откалиброван с использованием буферных растворов международного стандарта ».

II. Реакции, происходящие в растворах

Чтобы понять смысл шкалы pH, реакции, которые происходят в воде, должны интерпретироваться соответствующим образом. Молекулы дистиллированной воды (H2O) самопроизвольно диссоциируют, что приводит к образованию ионов H + и OH-.

Реакция протекает следующим образом:

H2O H + + OH-

Как видно, реакция характеризуется обратимостью, но баланс больше смещен влево. Это сторона недиссоциированной воды. Концентрация ионов водорода (Н +) в воде при 200 ° С составляет ровно 10-7 моль / дм3. Таким образом, вставляя формулу: pH = -log10 [H +], мы получаем pH воды, который равен 7.

В растворе соляной кислоты происходит следующая реакция:

HCl H + + Cl-

Для соляной кислоты HCl, которая является очень сильной, равновесие реакции сдвигается вправо. Правая сторона представлена ​​H + и Cl-.

Когда мы добавляем один моль соляной кислоты к одному литру воды, мы получаем pH = 0, потому что концентрация ионов H + будет равна 1 моль / дм3. Когда мы добавляем один моль NaOH к одному дм3 воды, мы получаем pH = 14, потому что концентрация ионов H + составляет 10-14 моль / дм3. Гидроксид-ионы вызывают сдвиг в равновесии реакций диссоциации воды. Минус с десятичным логарифмом в определении шкалы pH был введен, чтобы избежать отрицательных чисел. Существует зависимость: чем выше кислота, тем ниже pH. Как это ни парадоксально, pH можно определить как меру щелочности раствора.

III. показатели

Мы используем соответствующие показатели для определения pH. Это вещества, которые меняют свой цвет под воздействием рН. Основные показатели включают в себя;

- метиловый оранжевый;

- фенолфталеин

- бромтимоловый синий;

- красный метил

- лакмус;

- отвар из красной капусты.

В лаборатории часто используются универсальные бумаги, которые пропитаны смесью индикаторов и способны менять цвет в зависимости от рН раствора. Они очень удобны в использовании и популярны. Они не занимают много места и позволяют быстро определять рН исследуемого раствора. К бумаге прикреплена цветная шкала, по которой мы определяем pH. РН тестируемого раствора определяют путем погружения индикаторной бумаги и сравнение его цвет с эталонным цветом, соответствующим определенному значению pH. Если цвет розовый, то мы имеем дело с кислотным раствором, если цвет синий, то мы имеем дело с основным решением. Универсальные индикаторы показывают значения pH с точностью до 1/2 единицы pH.

Более точное определение концентрации ионов H + в растворе возможно с помощью рН-метра.

Схематическая картина индикатора, если слабая кислота имеет форму - ЧСС, если индикатор - слабое основание, то формула выглядит как R-OH. После введения индикатора в исследуемый водный раствор происходит диссоциация. Мы имеем дело с состоянием равновесия между молекулами и ионами.

Возьмите пример метилового оранжевого. Анион R окрашивает тестовый раствор в желтый цвет, но недиссоциированные молекулы HR окрашивают раствор в красный цвет. Давайте следить за реакциями, которые запускаются. В результате присутствия кислоты катионы водорода вызывают смещение реакционного равновесия влево, и заметен красный цвет. В результате присутствия основания гидроксильные ионы могут объединяться с ионами H +, и равновесие реакции сдвигается вправо, что приводит к изменению цвета раствора на желтый. Аналогично, другие показатели могут вести себя аналогично. Меняется только цвет.

Внутривенно потенциометрии

Потенциометрия является гораздо более точным методом измерения pH. Электродвижущая сила ячейки (ячейки SEM) с одинаковыми электродами, расположенными только в растворах, отличающихся концентрацией ионов H +, прямо пропорциональна логарифму отношения этих концентраций - теории Нернста.

Практически это выглядит так: мы погружаем первый электрод в раствор с определенным pH. Исходя из этого, мы можем рассчитать рН второго испытуемого раствора. Погружая измерительный электрод (стеклянный электрод) в водный раствор, он вызывает SEM между этим электродом и раствором, а значение SEM является мерой концентрации ионов H +. Для измерения SEM, так называемый опорный потенциал. Для его получения необходимо погрузить электрод, называемый каломельным электродом (электрод сравнения).

Самый популярный электрод, используемый для измерения pH, - это стеклянный электрод, устойчивый к тяжелым металлам, окислителям и восстановителям. Стеклянная электродная мембрана имеет форму колбы и изготовлена ​​из специального стекла, проницаемого только для ионов H +.

Внутри электрода находится раствор с известным значением pH, в который мы вводим каломельный электрод, необязательно хлоросеребро, в качестве электрического контакта. Определение рН раствора возможно по зависимости концентрации ионов H + на обеих сторонах стеклянного электрода (измерение SEM). Стеклянный электрод также можно использовать в неводных растворах.

Практическое измерение pH несложно: электроды вставляются в раствор, а результат измерения считывается со шкалы pH-метра. PH - это величина концентрации ионов водорода. Вместо утомительного титрования: подготовка и назначение рабочих растворов, помимо утомительного титрования, недостаточно для измерения значения pH раствора и расчета концентрации кислоты?

V Реакция раствора

PH раствора является характеристикой каждого раствора, благодаря которому мы узнаем о избытке ионов H + - кислотной реакции или избытке OH - щелочной реакции, а когда они находятся в равновесии - нейтральной реакции. Это очень важная концепция. Это иногда определяет ход, скорость и тип создаваемых продуктов. Иногда специфические реакции могут происходить только при четко определенном pH. Растворы с рН от 1 до 6 имеют кислотную реакцию (содержат избыток ионов водорода), а растворы с рН от 8 до 14 - щелочные (содержат избыток гидроксид-ионов). РН 7 является инертным.

Дистиллированная вода должна иметь рН 7, но в действительности она обычно ниже, поскольку она содержит некоторое количество углекислого газа, поглощенного из воздуха. рН тогда составляет 4-5. Нейтральный раствор (нейтральный) - это раствор, характеризующийся равновесием ионов H + и OH-. РН инертного раствора может отличаться от 7. Концентрация ионов водорода - это квадратный корень из продукта ионной воды. Числовое значение этого продукта не равно 10-14, зависит от значения ионной силы испытуемого раствора, но также и от температуры. При температуре выше 200 ° С ионный продукт воды отличается от значения 10-14. Например, значение продукта при 800 ° C составляет приблизительно 10-13.

[H +] = [OH-] = 10-7 моль / дм 3, раствор инертен;

[H +]> 10-7 моль / дм3, раствор кислый;

[H +] -7 моль / дм3, раствор щелочной.

Предполагается, что единица измерения рН является безразмерной. Численное значение рН зависит от от того, выражена ли активность в: моль на литр или в процентах. Правильное измерение pH является логарифмом измерения концентрации. Поскольку в химии единицей концентрации является молярная концентрация (М = моль / дм3), то на практике эта проблема настолько незначительна.

символ Единица рН «p» получена из латинского слова: factortio = power (его показатель степени с измененным знаком).

Шкала рН была введена в 1909 году датским биохимиком Соренсеном,