Indicele de hidrogen al mediului soluției este pH. Aciditatea mediului. Conceptul de pH soluție Ecuații care relaționează pH-ul și pOH

Valoarea pH-ului, pH(lat. pondus hydrogenii- „greutatea hidrogenului”, pronunțată "peh") este o măsură a activității (în soluții foarte diluate echivalente cu concentrația) ionilor de hidrogen dintr-o soluție, care exprimă cantitativ aciditatea acesteia. Egal ca mărime și semn opus cu logaritmul zecimal al activității ionilor de hidrogen, care este exprimat în moli pe litru:

Istoricul valorii pH-ului.

Concept Valoarea pH-ului introdus de chimistul danez Sørensen în 1909. Indicatorul este numit pH (după primele litere ale cuvintelor latine potentia hydrogeni- puterea hidrogenului, sau pondus hydrogeni- greutatea hidrogenului). În chimie prin combinație pX de obicei desemnează o cantitate care este egală cu jurnalul X, și scrisoarea Hîn acest caz, notați concentrația de ioni de hidrogen ( H+), sau, mai degrabă, activitatea termodinamică a ionilor de hidroniu.

Ecuații referitoare la pH și pOH.

Afișează valoarea pH-ului.

În apă pură la 25 °C concentrația ionilor de hidrogen ([ H+]) și ioni de hidroxid ([ OH− ]) se dovedesc a fi identice și egale cu 10 −7 mol/l, aceasta rezultă clar din definiția produsului ionic al apei, egal cu [ H+] · [ OH− ] și este egal cu 10 −14 mol²/l² (la 25 °C).

Dacă concentrațiile a două tipuri de ioni într-o soluție sunt aceleași, atunci se spune că soluția are o reacție neutră. Când se adaugă un acid în apă, concentrația de ioni de hidrogen crește, iar concentrația de ioni de hidroxid scade; când se adaugă o bază, dimpotrivă, conținutul de ioni de hidroxid crește, iar concentrația de ioni de hidrogen scade. Când [ H+] > [OH− ] se spune că soluția se dovedește a fi acidă, iar când [ OH − ] > [H+] - alcalin.

Pentru a face mai convenabil să vă imaginați, pentru a scăpa de exponentul negativ, în loc de concentrațiile de ioni de hidrogen, utilizați logaritmul lor zecimal, care este luat cu semnul opus, care este exponentul de hidrogen - pH.

Un indicator al bazicității unei soluții pOH.

Reversul este puțin mai puțin popular pH valoare - indicele de bazicitate a soluției, pOH, care este egal cu logaritmul zecimal (negativ) al concentrației de ioni din soluție OH − :

ca în orice soluție apoasă la 25 °C, ceea ce înseamnă la această temperatură:

Valorile pH-ului în soluții cu aciditate diferită.

• Contrar credinței populare, pH poate varia dincolo de intervalul 0 - 14 și poate depăși și aceste limite. De exemplu, la o concentrație de ioni de hidrogen [ H+] = 10 −15 mol/l, pH= 15, la o concentrație de ion hidroxid de 10 mol/l pOH = −1 .

Deoarece la 25 °C (condiții standard) [ H+] [OH − ] = 10 −14 , atunci este clar că la o asemenea temperatură pH + pHOH = 14.

Deoarece în soluții acide [ H+] > 10 −7 , ceea ce înseamnă că pentru soluții acide pH < 7, соответственно, у щелочных растворов pH > 7 , pH soluții neutre este egală cu 7. La temperaturi mai ridicate, constanta de disociere electrolitică a apei crește, ceea ce înseamnă că produsul ionic al apei crește, atunci acesta va fi neutru pH= 7 (care corespunde concentrațiilor crescute simultan ca H+, asa de OH−); cu scăderea temperaturii, dimpotrivă, neutru pH crește.

Metode de determinare a valorii pH-ului.

Există mai multe metode pentru a determina valoarea pH solutii. Indicele de hidrogen este estimat aproximativ folosind indicatori; măsurat cu precizie folosind pH-metru sau determinat analitic prin efectuarea titrarii acido-bazice.

1. Pentru o estimare aproximativă a concentrației ionilor de hidrogen, este adesea folosit indicatori acido-bazici- substanțe colorante organice, de a căror culoare depinde pH mediu inconjurator. Cei mai populari indicatori: turnesol, fenolftaleină, metil portocaliu (metil portocaliu), etc. Indicatorii pot fi în două forme colorate diferit - fie acide, fie bazice. Culoarea tuturor indicatorilor se schimbă în intervalul propriu de aciditate, adesea 1-2 unități.
2. Pentru a mări intervalul de măsurare de lucru pH aplica indicator universal, care este un amestec de mai mulți indicatori. Indicatorul universal își schimbă culoarea succesiv de la roșu la galben, verde, albastru la violet atunci când trece de la o regiune acidă la una alcalină. Definiții pH utilizarea metodei indicatorului este dificilă pentru soluții tulburi sau colorate.
3. Folosind un dispozitiv special - pH-metru - face posibilă măsurarea pHîntr-o gamă mai largă și mai precis (până la 0,01 unități pH) decât utilizarea indicatorilor. Metoda ionometrică de determinare pH se bazează pe măsurarea FEM a unui circuit galvanic cu un milivoltmetru-ionometru, care include un electrod de sticlă, al cărui potențial depinde de concentrația ionilor H+în soluția înconjurătoare. Metoda este foarte precisă și convenabilă, mai ales după calibrarea electrodului indicator în intervalul selectat pH, ceea ce face posibilă măsurarea pH soluții opace și colorate și, prin urmare, este adesea folosit.
4. Metoda analitică volumetrică — titrare acido-bazică— oferă, de asemenea, rezultate precise pentru determinarea acidității soluțiilor. O soluție de concentrație cunoscută (titrant) este adăugată prin picurare la soluția testată. Când sunt amestecate, are loc o reacție chimică. Punctul de echivalență - momentul în care există exact suficient titrant pentru a finaliza reacția - este înregistrat cu ajutorul unui indicator. După aceasta, dacă se cunoaște concentrația și volumul soluției de titrant adăugate, se determină aciditatea soluției.
5. pH:

0,001 mol/L acid clorhidric la 20 °C are pH=3, la 30 °C pH=3,

0,001 mol/L NaOH la 20 °C are pH=11,73, la 30 °C pH=10,83,

Efectul temperaturii asupra valorilor pH explicată prin disociere diferită a ionilor de hidrogen (H +) și nu este o eroare experimentală. Efectul temperaturii nu poate fi compensat electronic pH-metru.

Rolul pH-ului în chimie și biologie.

Aciditatea mediului este importantă pentru majoritatea proceselor chimice, iar posibilitatea de apariție sau rezultatul unei anumite reacții depinde adesea de pH mediu inconjurator. Pentru a menține o anumită valoare pHîn sistemul de reacție, la efectuarea cercetărilor de laborator sau în producție, se folosesc soluții tampon care permit menținerea unei valori aproape constante pH când este diluat sau când în soluție se adaugă cantități mici de acid sau alcali.

Valoarea pH-ului pH adesea folosit pentru a caracteriza proprietățile acido-bazice ale diferitelor medii biologice.

Pentru reacțiile biochimice, aciditatea mediului de reacție care apare în sistemele vii este de mare importanță. Concentrația ionilor de hidrogen într-o soluție afectează adesea proprietățile fizico-chimice și activitatea biologică a proteinelor și acizilor nucleici, prin urmare, pentru funcționarea normală a organismului, menținerea homeostaziei acido-bazice este o sarcină de o importanță excepțională. Menținerea dinamică a optime pH fluidele biologice se realizează sub influența sistemelor tampon ale organismului.

În corpul uman, valoarea pH-ului este diferită în diferite organe.

Valoarea pH-ului (factor pH) este o măsură a activității ionilor de hidrogen într-o soluție, exprimând cantitativ aciditatea acesteia. Când pH-ul nu este la niveluri optime, plantele încep să-și piardă capacitatea de a absorbi unele dintre elementele de care au nevoie pentru o creștere sănătoasă. Toate plantele au un nivel specific de pH care le permite să obțină rezultate maxime la creștere. Majoritatea plantelor preferă un mediu de creștere ușor acid (între 5,5-6,5).

Indicele de hidrogen în formule

În soluții foarte diluate, valoarea pH-ului este echivalentă cu concentrația ionilor de hidrogen. Egal ca mărime și semn opus logaritmului zecimal al activității ionilor de hidrogen, exprimat în moli pe litru:

pH = -lg

În condiții standard, valoarea pH-ului variază de la 0 la 14. În apa pură, la un pH neutru, concentrația de H + este egală cu concentrația de OH - și este de 1·10 -7 mol pe litru. Valoarea maximă posibilă a pH-ului este definită ca suma pH-ului și pOH și este egală cu 14.

Contrar credinței populare, pH-ul poate varia nu numai în intervalul de la 0 la 14, ci poate depăși și aceste limite. De exemplu, la o concentrație de ioni de hidrogen = 10 −15 mol/l, pH = 15, la o concentrație de ioni de hidroxid de 10 mol/l pOH = −1.

Este important să înțelegeți! Scara pH-ului este logaritmică, ceea ce înseamnă că fiecare unitate de modificare este egală cu o schimbare de zece ori a concentrației ionilor de hidrogen. Cu alte cuvinte, o soluție cu pH 6 este de zece ori mai acidă decât o soluție cu pH 7, iar o soluție cu pH 5 va fi de zece ori mai acidă decât o soluție cu pH 6 și de o sută de ori mai acidă decât o soluție cu pH 7. Aceasta înseamnă că atunci când ajustați pH-ul soluției nutritive și trebuie să modificați pH-ul cu două puncte (de exemplu, de la 7,5 la 5,5), trebuie să utilizați de zece ori mai mult ajustator de pH decât dacă ați modifica pH-ul doar cu un punct (de la 7,5 la 6,5).

Metode de determinare a valorii pH-ului

Mai multe metode sunt utilizate pe scară largă pentru a determina valoarea pH-ului soluțiilor. Valoarea pH-ului poate fi estimată aproximativ folosind indicatori, măsurată cu precizie cu un pH-metru sau determinată analitic prin titrarea acido-bazică.

Indicatori acido-bazici

Pentru a estima aproximativ concentrația ionilor de hidrogen, indicatori acido-bazici sunt utilizați pe scară largă - substanțe colorante organice, a căror culoare depinde de pH-ul mediului. Cei mai cunoscuți indicatori includ turnesol, fenolftaleina, metil portocală (metil portocală) și alții. Indicatorii pot exista în două forme colorate diferit - fie acide, fie bazice. Schimbarea culorii fiecărui indicator are loc în propriul interval de aciditate, de obicei 1-2 unități.

Indicator universal

Pentru a extinde domeniul de lucru al măsurătorilor pH-ului, se utilizează un așa-numit indicator universal, care este un amestec de mai mulți indicatori. Indicatorul universal își schimbă secvențial culoarea de la roșu la galben, verde, albastru la violet atunci când trece de la regiunea acidă la cea de bază.

Soluțiile unor astfel de amestecuri - „indicatori universali” - sunt de obicei impregnate cu benzi de „hârtie indicatoare”, cu ajutorul cărora puteți determina rapid (cu o precizie a unităților de pH sau chiar zecimi de pH) aciditatea soluțiilor apoase. în studiu. Pentru o determinare mai precisă, culoarea hârtiei indicator obținută la aplicarea unei picături de soluție este imediat comparată cu scala de culoare de referință, al cărei aspect este prezentat în imagini.

Determinarea pH-ului prin metoda indicatorului este dificilă pentru soluțiile tulburi sau colorate.

Dat fiind faptul că valorile optime ale pH-ului pentru soluțiile nutritive din hidroponie au un interval foarte îngust (de obicei de la 5,5 la 6,5), folosesc și alte combinații de indicatori. De exemplu, al nostru are o gamă de lucru și o scară de la 4,0 la 8,0, ceea ce face ca un astfel de test să fie mai precis în comparație cu hârtia indicator universală.

contor de pH

Utilizarea unui dispozitiv special - un pH-metru - vă permite să măsurați pH-ul într-un interval mai larg și mai precis (până la 0,01 unități pH) decât folosind indicatori universali. Metoda este convenabilă și foarte precisă, mai ales după calibrarea electrodului indicator în intervalul de pH selectat. Vă permite să măsurați pH-ul soluțiilor opace și colorate și, prin urmare, este utilizat pe scară largă.

Metoda analitică volumetrică

Metoda volumetrică analitică - titrarea acido-bazică - oferă, de asemenea, rezultate precise pentru determinarea acidității soluțiilor. O soluție de concentrație cunoscută (titrant) este adăugată prin picurare la soluția de testat. Când sunt amestecate, are loc o reacție chimică. Punctul de echivalență - momentul în care există exact suficient titrant pentru a finaliza complet reacția - este înregistrat cu ajutorul unui indicator. În continuare, cunoscând concentrația și volumul soluției de titrant adăugate, se calculează aciditatea soluției.

Efectul temperaturii asupra valorilor pH-ului

Valoarea pH-ului se poate modifica într-un interval larg odată cu schimbările de temperatură. Astfel, o soluție molară de NaOH 0,001 la 20°C are pH=11,73, iar la 30°C pH=10,83. Efectul temperaturii asupra valorilor pH-ului se explică prin disociere diferită a ionilor de hidrogen (H +) și nu este o eroare experimentală. Efectul temperaturii nu poate fi compensat de electronica pH-metrului.

Reglarea pH-ului soluției nutritive

Acidificarea soluției nutritive

Soluția nutritivă trebuie de obicei acidificată. Absorbția ionilor de către plante determină o alcalinizare treptată a soluției. Orice soluție care are un pH de 7 sau mai mare va trebui cel mai adesea ajustată la pH-ul optim. Pentru acidificarea soluției nutritive pot fi folosiți diferiți acizi. Cel mai frecvent utilizate sunt acidul sulfuric sau fosforic. O soluție mai bună pentru soluțiile hidroponice sunt aditivii tampon, cum ar fi și. Aceste produse nu numai că aduc valorile pH-ului la niveluri optime, ci și stabilizează valorile pentru o perioadă lungă de timp.

Când ajustați pH-ul atât cu acizi cât și cu alcalii, trebuie purtate mănuși de cauciuc pentru a evita arsurile pielii. Un chimist experimentat manipulează cu pricepere acidul sulfuric concentrat; el adaugă acidul picătură cu picătură în apă. Dar pentru hidroponiștii începători, poate că este mai bine să contactați un chimist cu experiență și să-i cereți să pregătească o soluție de acid sulfuric 25%. În timp ce se adaugă acid, soluția este agitată și pH-ul acesteia este determinat. Odată ce cunoașteți cantitatea aproximativă de acid sulfuric, o puteți adăuga apoi dintr-un cilindru gradat.

Acidul sulfuric trebuie adăugat în porții mici pentru a nu acidifica prea mult soluția, care va trebui apoi să fie din nou alcalinizată. Pentru un muncitor neexperimentat, acidificarea și alcalinizarea pot continua la nesfârșit. Pe lângă pierderea timpului și a reactivilor, o astfel de reglare dezechilibrează soluția nutritivă din cauza acumulării de ioni care nu sunt necesari plantelor.

Alcalinizarea soluției nutritive

Soluțiile prea acide sunt alcaline cu hidroxid de sodiu (hidroxid de sodiu). După cum sugerează și numele, este o substanță caustică, așa că trebuie folosite mănuși de cauciuc. Este recomandat să cumpărați hidroxid de sodiu sub formă de pastile. În magazinele de produse chimice de uz casnic, hidroxidul de sodiu poate fi achiziționat ca agent de curățare a scurgerilor, cum ar fi „Mole”. Se dizolvă o pastilă în 0,5 litri de apă și se adaugă treptat soluția alcalină la soluția nutritivă cu agitare constantă, verificându-i adesea pH-ul. Nicio cantitate de calcule matematice nu poate determina cât de mult acid sau alcali ar trebui adăugat într-un caz dat.

Dacă doriți să creșteți mai multe culturi într-o singură tavă, trebuie să le selectați astfel încât nu numai pH-ul lor optim să coincidă, ci și nevoile lor pentru alți factori de creștere. De exemplu, narcisele galbene și crizantemele necesită un pH de 6,8, dar niveluri diferite de umiditate, așa că nu pot fi cultivate în aceeași tavă. Dacă dați narciselor aceeași cantitate de umiditate ca și crizantemelor, bulbii de narcise vor putrezi. În experimente, rubarba a atins o dezvoltare maximă la pH 6,5, dar a putut crește chiar și la pH 3,5. Ovăzul, care preferă un pH de aproximativ 6, produce randamente bune la un pH de 4 dacă doza de azot din soluția nutritivă este mult crescută. Cartofii cresc într-un interval de pH destul de larg, dar cresc cel mai bine la un pH de 5,5. Sub acest pH se obțin și producții mari de tuberculi, dar aceștia capătă un gust acru. Pentru a obține randamente maxime de înaltă calitate, pH-ul soluțiilor nutritive trebuie ajustat cu precizie.

Apa este un electrolit slab; se disociază slab conform ecuaţiei

La 25 °C, 10-7 mol H2O se dezintegrează în ioni în 1 litru de apă. Concentrația ionilor H+ și OH- (în mol/l) va fi egală cu

Apa pură are o reacție neutră. Când i se adaugă acid, concentrația ionilor de H+ crește, adică. > 10-7 mol/l; concentrația ionilor OH- scade, adică. mai putin de 10-7 mol/l. La adăugarea alcaline, concentrația de ioni OH- crește: > 10-7 mol/l, deci mai puțin de 10-7 mol/l.

În practică, pentru a exprima aciditatea sau alcalinitatea unei soluții, în loc de concentrație, se folosește logaritmul său zecimal negativ, care se numește valoarea pH:

În apă neutră, pH = 7. Valorile pH-ului și concentrațiile corespunzătoare de ioni H+ și OH- sunt date în tabel. 4.

Soluții tampon

Multe reacții analitice sunt efectuate la o valoare a pH-ului strict definită, care trebuie menținută pe toată durata reacției. În timpul unor reacții, pH-ul se poate modifica ca urmare a legării sau eliberării ionilor H+. Pentru a menține o valoare constantă a pH-ului, se folosesc soluții tampon.

Soluțiile tampon sunt cel mai adesea amestecuri de acizi slabi cu săruri ale acestor acizi sau amestecuri de baze slabe cu săruri ale acelorași baze. Dacă, de exemplu, o anumită cantitate de acid puternic, cum ar fi HCI, este adăugată la o soluție tampon de acetat constând din acid acetic CH3COOH și acetat de sodiu CH3COONa, acesta va reacționa cu ionii de acetat pentru a forma CH3COOH ușor disociat:

Astfel, ionii H+ adăugați în soluție nu vor rămâne liberi, ci vor fi legați de ionii CH3COO- și, prin urmare, pH-ul soluției se va schimba cu greu. Când se adaugă o soluție alcalină la o soluție tampon de acetat, ionii OH- vor fi legați de molecule nedisociate de acid acetic CH3COOH:

În consecință, pH-ul soluției în acest caz va rămâne, de asemenea, aproape neschimbat.

Soluțiile tampon își păstrează efectul de tamponare până la o anumită limită, de exemplu. au o anumită capacitate tampon. Dacă în soluție există mai mulți ioni H+ sau OH- decât permite capacitatea tampon a soluției, atunci pH-ul se va schimba semnificativ, ca într-o soluție netamponată.

În mod obișnuit, procedurile de analiză specifică soluția tampon care trebuie utilizată pentru un anumit test și cum ar trebui să fie preparată. Amestecuri tampon cu valori precise ale pH-ului sunt produse în fiole pentru prepararea unei soluții de 500 ml.

pH = 1,00. Ingrediente: 0,084 g glicol (acid aminoacetic NH2CH2COOH), 0,066 g clorură de sodiu NaCl și 2,228 g acid clorhidric HCl.

pH = 2,00. Compozitie: 3,215 g acid citric C6H8O7-H2O, 1,224 g hidroxid de sodiu NaOH si 1,265 g acid clorhidric HCI.

pH = 3,00. Compozitie: 4,235 g acid citric C6H8O7-H2O, 1,612 g hidroxid de sodiu NaOH si 1,088 g acid clorhidric HCI.

pH = 4,00. Compozitie: 5,884 g acid citric C6H8O7-H2O, 2,240 g hidroxid de sodiu NaOH si 0,802 g acid clorhidric HCI.

pH = 5,00. Compozitie: 10,128 g acid citric C6H8O7-H2O si 3,920 g hidroxid de sodiu NaOH.

pH = 6,00. Compozitie: 6,263 g acid citric C6H8O7-H2O si 3,160 g hidroxid de sodiu NaOH.

pH = 7,00. Compozitie: 1,761 g fosfat dihidrogen de potasiu KH2PO4 si 3,6325 g fosfat acid de sodiu Na2HPO4-2H2O.

pH = 8,00. Compozitie: 3,464 g acid boric H3BO3, 1,117 g hidroxid de sodiu NaOH si 0,805 g acid clorhidric HCI.

pH = 9,00. Compoziție: 1,546 g acid boric H3BO3, 1,864 g clorură de potasiu, KCl și 0,426 g hidroxid de sodiu NaOH.

pH = 10,00. Compoziție: 1,546 g acid boric H3BO3, 1,864 g clorură de potasiu KCl și 0,878 g hidroxid de sodiu NaOH.

pH = 11,00. Compozitie: 2,225 g fosfat acid de sodiu Na2HPO4-2H2O si 0,068 g hidroxid de sodiu NaOH.

pH = 12,00. Compozitie: 2,225 g fosfat acid de sodiu Na2HPO4-2H2O si 0,446 g hidroxid de sodiu NaOH.

pH = 13,00. Compoziție: 1,864 g clorură de potasiu KCl și 0,942 g hidroxid de sodiu NaOH.

Abaterile de la valoarea nominală a pH-ului ajung la ±0,02 pentru soluțiile la pH de la 1 la 10 și la ±0,05 la pH de la 11 la 13. Această precizie este destul de suficientă pentru munca practică.

Pentru configurarea pH-metrelor, se folosesc soluții tampon standard cu valori precise ale pH-ului.

1. Soluție tampon acetat cu pH=4,62: 6,005 g de acid acetic CH3COOH și 8,204 g de acetat de sodiu CH3COONa în 1 litru de soluție.

2. Soluție tampon fosfat cu pH=6,88: 4,450 g fosfat acid de sodiu Na2HPO4-2H2O și 3,400 g fosfat bihidrogen de potasiu KH2PO4 în 1 litru de soluție.

3. Soluție tampon de borat cu pH=9,22: 3,81 g de tetraborat de sodiu Na2B4O7-10H2O în 1 litru de soluție.

4. Soluție tampon fosfat cu pH=11,00: 4,450 g de fosfat acid de sodiu Na2HPO4-2H2O și 0,136 g de hidroxid de sodiu NaOH în 1 litru de soluție.

Pentru a pregăti soluții tampon pentru analize agrochimice și biochimice cu valori ale pH-ului de la 1,1 la 12,9 cu un interval de 0,1, se folosesc 7 soluții stoc de bază.

Soluția 1. Se dizolvă 11,866 g de fosfat acid de sodiu Na2HPO4-2H2O în apă și se diluează într-un balon cotat cu apă la 1 litru (concentrație soluție 1/15 M).

Soluția 2. Se dizolvă 9,073 fosfat dihidrogen de potasiu KH2PO4 în 1 litru de apă într-un balon cotat (concentrație 1/15 M).

Soluția 3. Se dizolvă 7,507 g de glicol (acid aminoacetic) NH2CH2COOH și 5,84 g de clorură de sodiu NaCl în 1 litru de apă într-un balon cotat. Din această soluție prin amestecare cu 0,1 N. soluțiile tampon cu pH de la 1,1 la 3,5 se prepară cu soluție de HCI; amestecarea cu 0,1 N. Soluția de NaOH este utilizată pentru a prepara soluții cu pH de la 8,6 la 12,9.

Soluția 4. Se dizolvă 21,014 g de acid citric C6H8O7-H2O în apă, se adaugă 200 ml de 1 N în soluție. Soluție de NaOH și se diluează la 1 litru cu apă într-un balon cotat. Amestecând această soluție cu 0,1 N. soluțiile tampon cu pH de la 1,1 la 4,9 sunt preparate folosind soluție de HCI; amestecarea cu 0,1 N. Soluțiile tampon cu pH de la 5,0 la 6,6 sunt preparate folosind soluție de NaOH.

Soluția 5. Se dizolvă 12,367 g de acid boric H3BO3 în apă, se adaugă 100 ml de 1 N. Soluție de NaOH și se diluează cu apă la 1 litru într-un balon cotat. Amestecând această soluție cu 0,1 N. soluțiile tampon cu pH de la 7,8 la 8,9 sunt preparate folosind soluție de HCI; amestecarea cu 0,1 N. Soluțiile tampon cu pH de la 9,3 la 11,0 sunt preparate folosind soluție de NaOH.

Soluția 6. Se prepară exact 0,1 N. soluție de HCI;

Soluția 7. Se prepară exact 0,1 N. soluție de NaOH; Pentru a prepara soluția, apa distilată se fierbe timp de 2 ore pentru a elimina CO2. În timpul depozitării, soluția este protejată de pătrunderea CO2 din aer cu un tub de clorură de calciu.

În unele soluții, mucegaiul se dezvoltă în timpul depozitării; pentru a preveni acest lucru, adăugați câteva picături de timol în soluție ca conservant. Pentru a prepara o soluție tampon cu pH-ul necesar, amestecați soluțiile indicate într-un anumit raport (Tabelul 5). Volumul se măsoară cu o biuretă cu o capacitate de 100,0 ml. Toate valorile pH-ului soluțiilor tampon din tabel sunt date la o temperatură de 20 °C.

Reactivii de calitate chimică sunt utilizați pentru prepararea soluțiilor inițiale. Fosfatul acid de sodiu Na2HPO4-2H2O este precristalizat de două ori. În timpul celei de-a doua recristalizare, temperatura soluției nu trebuie să depășească 90 °C. Preparatul rezultat este ușor umezit și uscat într-un termostat la 36 °C timp de două zile. Fosfatul dihidrogen de potasiu KH2PO4 este, de asemenea, recristalizat de două ori și uscat la 110-120 °C. Clorura de sodiu NaCI este recristalizată de două ori și uscată la 120 °C. Acidul citric C6H8O7-H2O este recristalizat de două ori. În timpul celei de-a doua recristalizare, temperatura soluției nu trebuie să fie mai mare de 60 °C. Acidul boric H3BO3 este recristalizat de două ori din apă clocotită și uscat la o temperatură care nu depășește 80 °C.

Valoarea pH-ului este influențată de temperatura soluției tampon. În tabel Figura 6 prezintă abaterile de pH în funcție de temperatura soluțiilor tampon standard.

Pentru a crea un pH dat în soluția analizată în timpul titrărilor complexometrice, se folosesc soluții tampon cu următoarea compoziție.

pH = 1. Acid clorhidric, 0,1 N. soluţie.

pH = 2. Un amestec de glicol NH2-CH2-COOH și sarea sa de acid clorhidric NH2-CH2-COOH-HCl. Se adaugă glicol solid (0,2-0,3 g) la 100 ml de soluție de sare de acid clorhidric.

pH = 4-6,5. Amestecul de acetat 1 N. soluție de acetat de sodiu și 1 N. soluție de acid acetic. Soluțiile se amestecă înainte de utilizare în volume egale.

pH = 5. Un amestec dintr-o soluție de 27,22 g de acetat de sodiu cristalin și 60 ml de 1 N. Soluția de HCI se diluează la 1 litru cu apă.

pH = 5,5. Amestecul de acetat. Se dizolvă 540 g de acetat de sodiu în apă și se diluează la 1 litru. La soluția rezultată adăugați 500 ml de 1 N. soluție de acid acetic.

pH = 6,5-8. Trietanolamina și sarea sa de acid clorhidric. Se amestecă 1 M soluție de trietanolamină N(C2H4OH)3 și 1 M soluție de HCl în volume egale înainte de utilizare.

pH = 8,5-9,0. Amestecul amoniac-acetat. Se adaugă 300 ml de acid acetic glacial la 500 ml de amoniac concentrat și se diluează cu apă la 1 litru.

pH = 9. Amestecul de borat. Se amestecă 100 ml de soluție de acid boric 0,3 M cu 45 ml de 0,5 N. soluție de sodă caustică.

pH = 8-11. Amoniacul este clorură de amoniu. Se amestecă 1 N. soluție de NH4OH și 1 N. Soluție de NH4Cl în volume egale înainte de utilizare.

pH = 10. La 570 ml de soluție concentrată de amoniac, se adaugă 70 g de clorură de amoniu și se diluează cu apă la 1 litru.

pH = 11-13. Sodă caustică, 0,1 N. soluţie.

La determinarea complexometrică a durității totale a apei, se folosesc tablete tampon gri-maro, preparate împreună cu un indicator (negru eriocrom T). La o probă de apă (100 ml), este suficient să adăugați câteva picături de soluție de sulfură de sodiu (pentru a masca metalele grele), două tablete tampon și 1 ml de amoniac concentrat. După ce tabletele se dizolvă, soluția devine roșie; este titrat cu o soluție de EDTA 0,02 M până la o culoare verde stabilă. 1 ml de soluție de EDTA 0,02 M corespunde durității apei de 0,02 echiv/l. Produs în RDG.

măsurarea pH-ului

Pentru determinarea pH-ului soluțiilor se folosesc reactivi speciali - indicatori, precum și dispozitive - pH-metre (determinarea electrometrică a pH-ului).

Indicator de determinare a pH-ului. Cel mai adesea în practica analitică, pH-ul soluțiilor este determinat aproximativ folosind hârtie indicator reactiv (în intervalul 0,5-2,0 unități de pH). Folosind hârtie indicator universal, puteți determina pH-ul mai precis (în intervalul 0,2-0,3 unități pH). În tabel 7 și 8 prezintă date privind hârtiile cu indicator reactiv și universal.

Tranziția de culoare a hârtiei indicator universal este dată în tabel. 8 și 9. Culorile intermediare rezultate sunt comparate cu scala de comparație atașată și din aceasta se găsesc valorile pH-ului soluției de testare. Hârtiile indicatoare pot fi folosite pentru determinarea pH-ului soluțiilor apoase cu concentrații scăzute de sare și în absența agenților oxidanți puternici. După ce s-a determinat pH-ul folosind hârtie indicator universal cu un interval de pH de 1,0-11,0 sau 0-12, rezultatul este clarificat folosind hârtie Rifan cu un interval de pH mai îngust.

Măsurarea electrometrică a pH-ului. Această metodă este utilă pentru măsurarea pH-ului soluțiilor colorate, în care este practic imposibil. Pentru măsurători se folosesc instrumente - pH-metre cu electrod de sticlă, care înlocuiește de obicei electrodul de hidrogen. Foarte rar, un electrod de antimoniu sau chinhidron este folosit în acest scop.

Electrozii de sticlă sunt utilizați pentru determinarea pH-ului soluțiilor care conțin metale grele, agenți oxidanți și reducători, precum și soluții și emulsii coloidale. Determinarea pH-ului cu un electrod de sticlă se bazează pe modificarea fem. un element care este reversibil în raport cu ionii de hidrogen.

Potențialul suprafeței de sticlă în contact cu o soluție acidă depinde de pH-ul soluției. Această proprietate a sticlei este utilizată în electrozii de sticlă - indicatori de pH. Un electrod de sticlă are de obicei forma unei eprubete, al cărei fund este realizat sub forma unei plăci de sticlă cu pereți subțiri sau sub forma unei bile cu o grosime a peretelui de cel mult 0,01 mm. O soluție tampon cu un pH cunoscut este turnată într-un electrod de sticlă și plasată în soluția de testare.

Un electrod de calomel este folosit ca electrod de referință. Acest electrod este un vas care conține mercur în partea de jos, conectat la un circuit printr-un fir de platină. Deasupra mercurului se află pastă de calomel cu cristale de KCl, iar deasupra sunt soluții saturate de KCl și calomel (Hg2Cl2). Contactul electrodului cu soluția de testat are loc printr-o fibră subțire de azbest. Electrodul de referință pentru calomel poate fi utilizat pentru măsurători de pH la temperaturi care nu depășesc 60 °C; pH-ul soluțiilor care conțin fluoruri nu poate fi măsurat.

pH-metrul este întotdeauna verificat și ajustat folosind o soluție tampon al cărei pH este apropiat de pH-ul soluției testate. De exemplu, pentru a măsura pH-ul în intervalul de la 2 la 6, pregătiți o soluție tampon Serensen cu pH = 3 sau 4 sau utilizați o soluție tampon standard cu pH = 4,62.

În practica de laborator, pH-metrul LPU-01 este utilizat pentru măsurarea pH-ului, care este conceput pentru a determina pH-ul soluțiilor în intervalul de la -2 la 14 cu un interval de 4 unități de pH: -2-2; 2-4; 6-10; 10-14. Sensibilitatea dispozitivului este de 0,01 pH. De asemenea, folosesc un pH-metru special de laborator LPS-02; pH-metru tip PL-U1 si pH-metru portabil-milivoltmetru PPM-03M1.

Un convertor industrial de precizie sporită este un pH-metru de tip pH-261, care este destinat măsurării pH-ului soluțiilor și pastelor. În condiții de câmp, se folosește un pH-metru pH-47M pentru a măsura pH-ul soluțiilor apoase; pentru măsurarea pH-ului extractelor sărate din sol - pH-metru PLP-64; Pentru lapte și produse lactate, se folosește un pH-metru pH-222-2. Lucrările la pH-metre se efectuează conform instrucțiunilor incluse cu fiecare dispozitiv.

Indicele de hidrogen - pH - este o măsură a activității (în cazul soluțiilor diluate, reflectă concentrația) ionilor de hidrogen dintr-o soluție, exprimând cantitativ aciditatea acesteia, calculată ca logaritm zecimal negativ (luat cu semnul opus) al activitatea ionilor de hidrogen, exprimată în moli pe litru.

pH = – log

Acest concept a fost introdus în 1909 de chimistul danez Sørensen. Indicatorul se numește pH, după primele litere ale cuvintelor latine potentia hydrogeni - puterea hidrogenului, sau pondus hydrogenii - greutatea hidrogenului.

Valoarea inversă a pH-ului este oarecum mai puțin răspândită - un indicator al bazicității soluției, pOH, egal cu logaritmul zecimal negativ al concentrației de ioni OH în soluție:

рОН = – jurnal

În apa pură la 25°C, concentrațiile ionilor de hidrogen () și hidroxid () sunt aceleași și se ridică la 10 -7 mol/l, aceasta rezultând direct din constanta de autoprotoliză a apei Kw, care altfel este numită produs ionic al apei:

K w = =10 –14 [mol 2 /l 2 ] (la 25°C)

pH + pH = 14

Când concentrațiile ambelor tipuri de ioni într-o soluție sunt aceleași, se spune că soluția este neutră. Când se adaugă un acid în apă, concentrația de ioni de hidrogen crește, iar concentrația de ioni de hidroxid scade în mod corespunzător; când se adaugă o bază, dimpotrivă, conținutul de ioni de hidroxid crește, iar concentrația de ioni de hidrogen scade. Când > se spune că soluția este acidă, iar când > este alcalină.

Determinarea pH-ului

Mai multe metode sunt utilizate pe scară largă pentru a determina valoarea pH-ului soluțiilor.

1) Valoarea pH-ului poate fi estimată aproximativ folosind indicatori, măsurată cu precizie cu un pH-metru sau determinată analitic prin titrarea acido-bazică.

Pentru a estima aproximativ concentrația ionilor de hidrogen, indicatori acido-bazici sunt utilizați pe scară largă - substanțe colorante organice, a căror culoare depinde de pH-ul mediului. Cei mai cunoscuți indicatori includ turnesol, fenolftaleina, metil portocală (metil portocală) și alții. Indicatorii pot exista în două forme colorate diferit - fie acide, fie bazice. Schimbarea de culoare a fiecărui indicator are loc în propriul interval de aciditate, de obicei 1-2 unități (vezi Tabelul 1, lecția 2).

Pentru a extinde domeniul de lucru al măsurătorilor pH-ului, se utilizează un așa-numit indicator universal, care este un amestec de mai mulți indicatori. Indicatorul universal își schimbă culoarea succesiv de la roșu la galben, verde, albastru la violet atunci când trece de la o regiune acidă la una alcalină. Determinarea pH-ului prin metoda indicatorului este dificilă pentru soluțiile tulburi sau colorate.

2) Metoda volumetrică analitică - titrarea acido-bazică - oferă și rezultate precise pentru determinarea acidității totale a soluțiilor. O soluție de concentrație cunoscută (titrant) este adăugată prin picurare la soluția de testat. Când sunt amestecate, are loc o reacție chimică. Punctul de echivalență - momentul în care există exact suficient titrant pentru a finaliza complet reacția - este înregistrat cu ajutorul unui indicator. În continuare, cunoscând concentrația și volumul soluției de titrant adăugate, se calculează aciditatea totală a soluției.

Aciditatea mediului este importantă pentru multe procese chimice, iar posibilitatea sau rezultatul unei anumite reacții depinde adesea de pH-ul mediului. Pentru a menține o anumită valoare a pH-ului în sistemul de reacție în timpul cercetărilor de laborator sau în producție, se folosesc soluții tampon, care permit menținerea unei valori aproape constante a pH-ului atunci când sunt diluate sau când în soluție se adaugă cantități mici de acid sau alcali.

Valoarea pH-ului este utilizată pe scară largă pentru a caracteriza proprietățile acido-bazice ale diferitelor medii biologice (Tabelul 2).

Aciditatea mediului de reacție este de o importanță deosebită pentru reacțiile biochimice care apar în sistemele vii. Concentrația ionilor de hidrogen într-o soluție afectează adesea proprietățile fizico-chimice și activitatea biologică a proteinelor și acizilor nucleici, prin urmare, pentru funcționarea normală a organismului, menținerea homeostaziei acido-bazice este o sarcină de o importanță excepțională. Menținerea dinamică a pH-ului optim al fluidelor biologice se realizează prin acțiunea sistemelor tampon.

3) Utilizarea unui dispozitiv special - un pH-metru - vă permite să măsurați pH-ul într-un interval mai larg și mai precis (până la 0,01 unități pH) decât utilizarea indicatorilor, este convenabilă și foarte precisă, vă permite să măsurați pH-ul opacului și soluții colorate și deci utilizate pe scară largă.

Cu ajutorul unui pH-metru se măsoară concentrația ionilor de hidrogen (pH) în soluții, apă potabilă, produse alimentare și materii prime, obiecte de mediu și sisteme de producție pentru monitorizarea continuă a proceselor tehnologice, inclusiv în medii agresive.

Un pH-metru este indispensabil pentru monitorizarea hardware a soluțiilor de pH pentru separarea uraniului și plutoniului, atunci când cerințele pentru corectitudinea citirilor echipamentelor fără calibrare sunt extrem de mari.

Dispozitivul poate fi utilizat în laboratoare staționare și mobile, inclusiv laboratoare de teren, precum și în laboratoare de diagnostic clinic, criminalistică, de cercetare și producție, inclusiv în industria cărnii, a produselor lactate și a panificației.

Recent, pH-metrele sunt utilizate pe scară largă și în fermele de acvariu, monitorizarea calității apei în condiții casnice, agricultură (în special în hidroponie), precum și pentru monitorizarea diagnosticelor de sănătate.

Tabelul 2. Valorile pH-ului pentru unele sisteme biologice și alte soluții

Indicele de hidrogen - pH - este o măsură a activității (în cazul soluțiilor diluate, reflectă concentrația) ionilor de hidrogen dintr-o soluție, exprimând cantitativ aciditatea acesteia, calculată ca logaritm zecimal negativ (luat cu semnul opus) al activitatea ionilor de hidrogen, exprimată în moli pe litru.

pH = – log

Acest concept a fost introdus în 1909 de chimistul danez Sørensen. Indicatorul se numește pH, după primele litere ale cuvintelor latine potentia hydrogeni - puterea hidrogenului, sau pondus hydrogenii - greutatea hidrogenului.

Valoarea inversă a pH-ului este oarecum mai puțin răspândită - un indicator al bazicității soluției, pOH, egal cu logaritmul zecimal negativ al concentrației de ioni OH în soluție:

рОН = – jurnal

În apa pură la 25°C, concentrațiile ionilor de hidrogen () și hidroxid () sunt aceleași și se ridică la 10 -7 mol/l, aceasta rezultând direct din constanta de autoprotoliză a apei Kw, care altfel este numită produs ionic al apei:

K w = =10 –14 [mol 2 /l 2 ] (la 25°C)

pH + pH = 14

Când concentrațiile ambelor tipuri de ioni într-o soluție sunt aceleași, se spune că soluția este neutră. Când se adaugă un acid în apă, concentrația de ioni de hidrogen crește, iar concentrația de ioni de hidroxid scade în mod corespunzător; când se adaugă o bază, dimpotrivă, conținutul de ioni de hidroxid crește, iar concentrația de ioni de hidrogen scade. Când > se spune că soluția este acidă, iar când > este alcalină.

Determinarea pH-ului

Mai multe metode sunt utilizate pe scară largă pentru a determina valoarea pH-ului soluțiilor.

1) Valoarea pH-ului poate fi estimată aproximativ folosind indicatori, măsurată cu precizie cu un pH-metru sau determinată analitic prin titrarea acido-bazică.

Pentru a estima aproximativ concentrația ionilor de hidrogen, indicatori acido-bazici sunt utilizați pe scară largă - substanțe colorante organice, a căror culoare depinde de pH-ul mediului. Cei mai cunoscuți indicatori includ turnesol, fenolftaleina, metil portocală (metil portocală) și alții. Indicatorii pot exista în două forme colorate diferit - fie acide, fie bazice. Schimbarea de culoare a fiecărui indicator are loc în propriul interval de aciditate, de obicei 1-2 unități (vezi Tabelul 1, lecția 2).

Pentru a extinde domeniul de lucru al măsurătorilor pH-ului, se utilizează un așa-numit indicator universal, care este un amestec de mai mulți indicatori. Indicatorul universal își schimbă culoarea succesiv de la roșu la galben, verde, albastru la violet atunci când trece de la o regiune acidă la una alcalină. Determinarea pH-ului prin metoda indicatorului este dificilă pentru soluțiile tulburi sau colorate.

2) Metoda volumetrică analitică - titrarea acido-bazică - oferă și rezultate precise pentru determinarea acidității totale a soluțiilor. O soluție de concentrație cunoscută (titrant) este adăugată prin picurare la soluția de testat. Când sunt amestecate, are loc o reacție chimică. Punctul de echivalență - momentul în care există exact suficient titrant pentru a finaliza complet reacția - este înregistrat cu ajutorul unui indicator. În continuare, cunoscând concentrația și volumul soluției de titrant adăugate, se calculează aciditatea totală a soluției.

Aciditatea mediului este importantă pentru multe procese chimice, iar posibilitatea sau rezultatul unei anumite reacții depinde adesea de pH-ul mediului. Pentru a menține o anumită valoare a pH-ului în sistemul de reacție în timpul cercetărilor de laborator sau în producție, se folosesc soluții tampon, care permit menținerea unei valori aproape constante a pH-ului atunci când sunt diluate sau când în soluție se adaugă cantități mici de acid sau alcali.

Valoarea pH-ului este utilizată pe scară largă pentru a caracteriza proprietățile acido-bazice ale diferitelor medii biologice (Tabelul 2).

Aciditatea mediului de reacție este de o importanță deosebită pentru reacțiile biochimice care apar în sistemele vii. Concentrația ionilor de hidrogen într-o soluție afectează adesea proprietățile fizico-chimice și activitatea biologică a proteinelor și acizilor nucleici, prin urmare, pentru funcționarea normală a organismului, menținerea homeostaziei acido-bazice este o sarcină de o importanță excepțională. Menținerea dinamică a pH-ului optim al fluidelor biologice se realizează prin acțiunea sistemelor tampon.

3) Utilizarea unui dispozitiv special - un pH-metru - vă permite să măsurați pH-ul într-un interval mai larg și mai precis (până la 0,01 unități pH) decât utilizarea indicatorilor, este convenabilă și foarte precisă, vă permite să măsurați pH-ul opacului și soluții colorate și deci utilizate pe scară largă.

Cu ajutorul unui pH-metru se măsoară concentrația ionilor de hidrogen (pH) în soluții, apă potabilă, produse alimentare și materii prime, obiecte de mediu și sisteme de producție pentru monitorizarea continuă a proceselor tehnologice, inclusiv în medii agresive.

Un pH-metru este indispensabil pentru monitorizarea hardware a soluțiilor de pH pentru separarea uraniului și plutoniului, atunci când cerințele pentru corectitudinea citirilor echipamentelor fără calibrare sunt extrem de mari.

Dispozitivul poate fi utilizat în laboratoare staționare și mobile, inclusiv laboratoare de teren, precum și în laboratoare de diagnostic clinic, criminalistică, de cercetare și producție, inclusiv în industria cărnii, a produselor lactate și a panificației.

Recent, pH-metrele sunt utilizate pe scară largă și în fermele de acvariu, monitorizarea calității apei în condiții casnice, agricultură (în special în hidroponie), precum și pentru monitorizarea diagnosticelor de sănătate.

Tabelul 2. Valorile pH-ului pentru unele sisteme biologice și alte soluții