-Водневий показник.

При кімнатній температурі (22°С) ней­тральні розчини мають однакову концентрацію: [Н+] = [ОН–] = 10–7 моль/л і КН2О = 10–14. Таке саме значення КН2О мають при цій температурі і водні розчини кислот і основ. Тому, якою б великою не була концентрація іонів Гідрогену, концентрація гідро­ксид-іонів не матиме нульового значення або навпаки. Це дає змогу обчислювати концентрацію [Н+] або [ОН–], якщо одна з цих вели­чин відома:

[Н+] = 10–14/[ОН–] і [ОН–] = 10–14/[Н+].

Наприклад, концентрація іонів Гідрогену у 5·10–3М розчині Натрій гідро­ксиду дорівнюватиме:

[Н+] = 10–14/5·10–3 = 2·10–12 моль/л.

Проте записувати концентрації іонів Н+ або ОН– через від'­ємний степінь не зовсім зручно. Ось чому кислотні властивості розчинів датський біохімік С.Серенсен (1909 р.) запропонував ха­рактеризувати величиною водневого показника рН, який визначається за співвідношенням

рН = –lg[Н+].

Оскільки концентрація іонів Гідрогену може змінюватись у межах іонного добутку, то рН змінюється в інтервалі від нуля до чотир­надцяти.

У нейтральному розчині [Н+] = 10–7 моль/л; рН = –lg10–7 = 7. У кислому розчині [Н+] > 10–7 моль/л; рН < 7.

Так, для 10–3н. розчину НСl: [Н+] = 10–3 моль/л; рН = 3.

Для розчину КОН такої самої концентрації:

[Н+] = КН2О/[ОН–] = 10–14/10–3 = 10–11; рН = 11.

Отже, нейтральний розчин рН = 7

 кислий » рН < 7

 лужний » рН > 7

Розчини, значення рН яких перебуває в інтервалі від 0 до 3, належать до сильнокислих; при рН = 4...6 – слабкокисле сере­довище. Слабколужні розчини мають рН = 8...10, а сильнолужні – рН = 11...14.

Розчини, в яких [Н+] > 1 моль/л, мають від'ємне значення рН. Так, якщо [Н+] = 2, то рН = –0,3.

При [Н+] < 10–14 моль/л рН > 14. Так, якщо [Н+] = 0,5·10–14, то рН = 14,3.

Визначення рН розчинів має велике практичне значення в хімії, біології, медицині, харчовій промисловості, сільському господар­стві тощо. Так, грунтознавцям обов'язково треба знати рН грунтів, щоб правильно здійснювати комплекс агрохімічних заходів для ви­рощування високих урожаїв. У медицині дуже важливо знати рН, наприклад, крові, шлункового соку, оскільки відхилення рН від норми свідчить про хвороботворні процеси в організмі людини. Так, рН крові здорової людини дорівнює приблизно 7,4, а хворої – 5,9. Дуже важливим є контроль рН хімічних і біологічних проце­сів за участю ферментів.

Індикатори. Для швидкого і наближеного визначення рН різних розчинів користуються індикаторами. Деякі з них дають змогу ви­значити рН з точністю до 0,1 одиниці рН. Точні значення рН роз­чину можна дістати за допомогою спеціальних приладів – рН-метрів.

Індикатори – це складні органічні речовини, які за хімічним характером є слабкими кислотами або слабкими основами. Вони змінюють своє забарвлення залежно від концентрації іонів Гідрогену або гідроксиду. Кислотні індикатори скорочено можна записати як НІnd. а основні – ІndОН, де Іnd – аніон або катіон індикатора.

Для кислотних і основних індикаторів як слабких електролітів рівняння дисоціації і відповідні їм константи дисоціації мають вигляд:

Розглянемо зміну забарвлення фенолфталеїну у кислому і луж­ному середовищах. Як відомо, цей індикатор у нейтральному і кис­лому середовищах безбарвний, а у лужному має малинове забар­влення. Оскільки фенолфталеїн є слабкою кислотою, то відповідно до рівняння

НІnd ↔ Н+ + Іnd–.

Безбарвний Малиновий

збільшення у розчині концентрації іонів Гідрогену сприятиме зміщенню рівноваги в бік утворення безбарвних молекул індикатора. Навпаки, якщо до розчину фенолфталеїну добавити розчин лугу, то іони гідроксиду взаємодіють з іонами Гідрогену індикатора, і рівновага зміщується в бік збільшення концентрації забарвлених аніонів Іnd–.

Зміна забарвлення індикаторів відбувається у певному інтерва­лі значень рН розчину. Так, перехід від безбарвної кислотної форми фенолфталеїну до малинової спостерігається в інтервалі рН = 8,3–9,8. Для метилового оранжевого область зміни забарвлення лежить в інтервалі рН від 3,2 до 4,5, що відповідає інтервалу концентрації іонів Гідрогену 6,3·10–4–3,2·10–5 моль/л.

У табл.3 наведено найважливіші індикатори.

Таблиця 3. Найважливіші індикатори

Модуль 3. Властивості розчинів