-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
|
Характер індикатора |
Інтервал переходу рН |
Забарвлення |
|
у лужному середовищі |
у кислому середовищі |
|||
Метиловий оранжевий Метиловий червоний Лакмус Фенолфталеїн |
Основний Основний Кислотний Кислотний |
3,1 – 4,5 4,2 – 6,3 5 – 8 8,3 – 9,8 |
Жовте Жовте Синє Малинове |
Рожеве Червоне Червоне Безбарвне |
Модуль 3. Властивості розчинів
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74
75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 Наверх ↑