Recordar:

Una reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base que produce sal y agua;

Los químicos entienden por agua pura el agua químicamente pura que no contiene impurezas ni sales disueltas, es decir, agua destilada.

Acidez del ambiente

Para diversos procesos químicos, industriales y biológicos, una característica muy importante es la acidez de las soluciones, que caracteriza el contenido de ácidos o álcalis en las soluciones. Dado que los ácidos y los álcalis son electrolitos, el contenido de iones H+ u OH - se utiliza para caracterizar la acidez del medio.

En agua pura y en cualquier solución, junto con las partículas de sustancias disueltas, también están presentes iones H+ y OH -. Esto ocurre debido a la disociación del propio agua. Y aunque consideramos que el agua no es un electrolito, puede disociarse: H 2 O ^ H+ + OH - . Pero este proceso se produce en muy pequeña medida: en 1 litro de agua sólo 1 ión se descompone en iones. 10 -7 moles de moléculas.

En soluciones ácidas, como resultado de su disociación, aparecen iones H+ adicionales. En tales soluciones se forman significativamente más iones H+ que iones OH - debido a una ligera disociación del agua, por lo que estas soluciones se denominan ácidas (Fig. 11.1, izquierda). Comúnmente se dice que este tipo de soluciones tienen un ambiente ácido. Cuantos más iones H+ contenga la solución, más ácido será el medio.

En soluciones alcalinas, como resultado de la disociación, por el contrario, predominan los iones OH - y los cationes H + están casi ausentes debido a la disociación insignificante del agua. El ambiente de tales soluciones es alcalino (Fig. 11.1, derecha). Cuanto mayor es la concentración de iones OH -, más alcalino es el entorno de la solución.

En una solución de sal de mesa, el número de iones H+ y OH es el mismo e igual a 1. 10 -7 moles en 1 litro de solución. Este medio se llama neutro (figura 11.1, centro). De hecho, esto significa que la solución no contiene ni ácido ni álcali. Un ambiente neutro es característico de soluciones de algunas sales (formadas por álcalis y ácidos fuertes) y muchas sustancias orgánicas. El agua pura también tiene un ambiente neutro.

valor de pH

Si comparamos el sabor del kéfir y el jugo de limón, podemos decir con seguridad que el jugo de limón es mucho más ácido, es decir, la acidez de estas soluciones es diferente. Ya sabes que el agua pura también contiene iones H+, pero no se siente el sabor amargo del agua. Esto se debe a una concentración demasiado baja de iones H+. Muchas veces no basta con decir que un medio es ácido o alcalino, sino que es necesario caracterizarlo cuantitativamente.

La acidez del medio se caracteriza cuantitativamente por el indicador de hidrógeno pH (pronunciado “p-ash”), asociado con la concentración

Iones de hidrógeno. El valor del pH corresponde a un determinado contenido de cationes de hidrógeno en 1 litro de solución. El agua pura y las soluciones neutras contienen 1 litro en 1 litro. 10 7 moles de iones H+ y el valor del pH es 7. En soluciones ácidas, la concentración de cationes H+ es mayor que en agua pura y en soluciones alcalinas es menor. De acuerdo con esto, el valor del pH también cambia: en un ambiente ácido varía de 0 a 7, y en un ambiente alcalino varía de 7 a 14. El uso del valor de pH fue propuesto por primera vez por el químico danés. Peder Sorensen.

Quizás hayas notado que el valor del pH está relacionado con la concentración de iones H+. La determinación del pH está directamente relacionada con el cálculo del logaritmo de un número, que estudiarás en las clases de matemáticas de 11º grado. Pero la relación entre el contenido de iones en la solución y el valor del pH se puede rastrear de acuerdo con el siguiente esquema:

El valor del pH de las soluciones acuosas de la mayoría de las sustancias y de las soluciones naturales está en el rango de 1 a 13 (fig. 11.2).

Arroz. 11.2. Valor de pH de diversas soluciones naturales y artificiales.

Søren Peder Laurits Sørensen

Físicoquímico y bioquímico danés, presidente de la Real Sociedad Danesa. Graduado de la Universidad de Copenhague. A la edad de 31 años se convirtió en profesor en el Instituto Politécnico Danés. Dirigió el prestigioso laboratorio fisicoquímico de la cervecería Carlsberg en Copenhague, donde realizó sus principales descubrimientos científicos. Su principal actividad científica estuvo dedicada a la teoría de las soluciones: introdujo el concepto de valor de pH y estudió la dependencia de la actividad enzimática de la acidez de las soluciones. Por sus logros científicos, Sørensen fue incluido en la lista de "100 químicos destacados del siglo XX", pero en la historia de la ciencia permaneció principalmente como el científico que introdujo los conceptos de "pH" y "pH-metría".

Determinación de la acidez media.

Para determinar la acidez de una solución en los laboratorios, se utiliza con mayor frecuencia un indicador universal (Fig. 11.3). Por su color se puede determinar no sólo la presencia de ácido o álcali, sino también el valor de pH de la solución con una precisión de 0,5. Para medir el pH con mayor precisión, existen dispositivos especiales: medidores de pH (Fig. 11.4). Le permiten determinar el pH de una solución con una precisión de 0,001-0,01.

Utilizando indicadores o medidores de pH, puede controlar cómo progresan las reacciones químicas. Por ejemplo, si se agrega ácido clorhídrico a una solución de hidróxido de sodio, se producirá una reacción de neutralización:

Arroz. 11.3. Un indicador universal determina el valor aproximado del pH.

Arroz. 11.4. Para medir el pH de las soluciones, se utilizan dispositivos especiales: medidores de pH: a - laboratorio (estacionario); segundo - portátil

En este caso, las soluciones de reactivos y productos de reacción son incoloras. Si se coloca un electrodo medidor de pH en la solución alcalina inicial, entonces la neutralización completa del álcali por el ácido se puede juzgar por el valor del pH de la solución resultante.

Aplicación del indicador de pH.

La determinación de la acidez de las soluciones es de gran importancia práctica en muchas áreas de la ciencia, la industria y otras áreas de la vida humana.

Los ecologistas miden periódicamente el pH del agua de lluvia, ríos y lagos. Un fuerte aumento de la acidez de las aguas naturales puede ser consecuencia de la contaminación atmosférica o de la entrada de residuos industriales en los cuerpos de agua (Fig. 11.5). Tales cambios conllevan la muerte de plantas, peces y otros habitantes de los cuerpos de agua.

El índice de hidrógeno es muy importante para estudiar y observar los procesos que ocurren en los organismos vivos, ya que en las células tienen lugar numerosas reacciones químicas. En el diagnóstico clínico se determina el pH del plasma sanguíneo, la orina, el jugo gástrico, etc. (fig. 11.6). El pH sanguíneo normal está entre 7,35 y 7,45. Incluso un pequeño cambio en el pH de la sangre humana causa enfermedades graves, y a un pH = 7,1 o menos, comienzan cambios irreversibles que pueden provocar la muerte.

Para la mayoría de las plantas, la acidez del suelo es importante, por lo que los agrónomos realizan un análisis del suelo con anticipación y determinan su pH (Fig. 11.7). Si la acidez es demasiado alta para un cultivo en particular, el suelo se encala agregando tiza o cal.

En la industria alimentaria, los indicadores ácido-base se utilizan para controlar la calidad de los productos alimenticios (fig. 11.8). Por ejemplo, el pH normal de la leche es 6,8. La desviación de este valor indica la presencia de impurezas extrañas o su acidez.

Arroz. 11.5. La influencia del nivel de pH del agua en los embalses sobre la actividad vital de las plantas en ellos.

El valor del pH de los cosméticos que utilizamos en la vida cotidiana es importante. El pH promedio de la piel humana es 5,5. Si la piel entra en contacto con productos cuya acidez difiere significativamente de este valor, se producirá envejecimiento prematuro, daño o inflamación de la piel. Se observó que las lavanderas que usaban jabón común para lavar ropa (pH = 8-10) o bicarbonato de sodio (Na 2 CO 3, pH = 12-13) durante mucho tiempo para lavarse, la piel de sus manos se volvía muy seca y cubierta de grietas. Por eso, es muy importante utilizar diversos cosméticos (geles, cremas, champús, etc.) con un pH cercano al pH natural de la piel.

EXPERIMENTOS DE LABORATORIO No. 1-3

Equipo: gradilla con tubos de ensayo, pipeta.

Reactivos: agua, ácido clorhídrico, NaCl, soluciones de NaOH, vinagre de mesa, indicador universal (solución o papel indicador), productos alimenticios y cosméticos (por ejemplo, limón, champú, pasta de dientes, detergente en polvo, bebidas carbonatadas, jugos, etc.) .

Regulaciones de seguridad:

Para experimentos, utilice pequeñas cantidades de reactivos;

Tenga cuidado de que los reactivos no entren en contacto con la piel o los ojos; Si entra una sustancia cáustica, lávela con abundante agua.

Determinación de iones de hidrógeno e iones de hidróxido en soluciones. Establecer el valor aproximado del pH del agua, soluciones alcalinas y ácidas.

1. Vierta 1-2 ml en cinco tubos de ensayo: en el tubo de ensayo No. 1 - agua, No. 2 - ácido clorhídrico, No. 3 - solución de cloruro de sodio, No. 4 - solución de hidróxido de sodio y No. 5 - vinagre de mesa .

2. Agregue 2-3 gotas de una solución indicadora universal a cada tubo de ensayo o baje el papel indicador. Determine el pH de las soluciones comparando el color del indicador en una escala estándar. Sacar conclusiones sobre la presencia de cationes de hidrógeno o iones de hidróxido en cada tubo de ensayo. Escribe ecuaciones de disociación para estos compuestos.

Estudio del pH de productos alimentarios y cosméticos.

Muestras de prueba de productos alimenticios y cosméticos con indicador universal. Para estudiar sustancias secas, por ejemplo, detergente en polvo, se deben disolver en una pequeña cantidad de agua (1 espátula de sustancia seca por 0,5-1 ml de agua). Determinar el pH de las soluciones. Sacar conclusiones sobre la acidez del ambiente en cada uno de los productos estudiados.

Idea clave

Preguntas de control

130. ¿La presencia de qué iones en una solución determina su acidez?

131. ¿Qué iones se encuentran en exceso en soluciones ácidas? en alcalino?

132. ¿Qué indicador describe cuantitativamente la acidez de las soluciones?

133. ¿Cuál es el valor del pH y el contenido de iones H+ en soluciones: a) neutras; b) débilmente ácido; c) ligeramente alcalino; d) fuertemente ácido; d) altamente alcalino?

Tareas para dominar el material.

134. Una solución acuosa de cierta sustancia tiene un medio alcalino. ¿Qué iones están más presentes en esta solución: H+ u OH -?

135. Dos tubos de ensayo contienen soluciones de ácido nitrato y nitrato de potasio. ¿Qué indicadores se pueden utilizar para determinar qué tubo de ensayo contiene una solución salina?

136. Tres tubos de ensayo contienen soluciones de hidróxido de bario, ácido nitrato y nitrato de calcio. ¿Cómo reconocer estas soluciones usando un reactivo?

137. De la lista anterior, escriba por separado las fórmulas de sustancias cuyas soluciones tienen un medio: a) ácido; b) alcalino; c) neutral. NaCl, HCl, NaOH, HNO 3, H 3 PO 4, H 2 SO 4, Ba(OH) 2, H 2 S, KNO 3.

138. El agua de lluvia tiene pH = 5,6. ¿Qué quiere decir esto? ¿Qué sustancia contenida en el aire, cuando se disuelve en agua, determina la acidez del ambiente?

139. Qué tipo de ambiente (ácido o alcalino): a) en una solución de champú (pH = 5,5);

b) en la sangre de una persona sana (pH = 7,4); c) en jugo gástrico humano (pH = 1,5); d) en la saliva (pH = 7,0)?

140. El carbón utilizado en las centrales térmicas contiene compuestos de nitrógeno y azufre. La liberación a la atmósfera de los productos de la combustión del carbón conduce a la formación de la llamada lluvia ácida, que contiene pequeñas cantidades de ácidos nitrato o sulfito. ¿Qué valores de pH son típicos de este tipo de agua de lluvia: más de 7 o menos de 7?

141. ¿El pH de una solución de un ácido fuerte depende de su concentración? Justifica tu respuesta.

142. Se añadió una solución de fenolftaleína a una solución que contenía 1 mol de hidróxido de potasio. ¿Cambiará el color de esta solución si se le agrega ácido clorhídrico en la cantidad de sustancia: a) 0,5 mol; b) 1 mol;

c) 1,5 moles?

143. Tres tubos de ensayo sin etiqueta contienen soluciones incoloras de sulfato de sodio, hidróxido de sodio y ácido sulfato. Se midió el valor del pH para todas las soluciones: en el primer tubo de ensayo - 2,3, en el segundo - 12,6, en el tercero - 6,9. ¿Qué tubo de ensayo contiene qué sustancia?

144. El estudiante compró agua destilada en la farmacia. El medidor de pH mostró que el valor de pH de esta agua era 6,0. Luego, el estudiante hirvió esta agua durante mucho tiempo, llenó el recipiente hasta arriba con agua caliente y cerró la tapa. Cuando el agua se enfrió a temperatura ambiente, el medidor de pH detectó un valor de 7,0. Después de esto, el estudiante pasó aire a través del agua con una pajita y el medidor de pH volvió a mostrar 6,0. ¿Cómo se pueden explicar los resultados de estas mediciones de pH?

145. ¿Por qué crees que dos botellas de vinagre del mismo fabricante pueden contener soluciones con valores de pH ligeramente diferentes?

Este es material de libro de texto.

VALOR DE HIDRÓGENO (PH). Una de las propiedades más importantes de las soluciones acuosas es su acidez (o alcalinidad), que está determinada por la concentración de iones H + y OH – ( cm. DISOCIACIÓN ELECTROLÍTICA. ELECTROLITOS). Las concentraciones de estos iones en soluciones acuosas están relacionadas mediante una relación simple = A w; (Los corchetes suelen indicar la concentración en unidades de mol/l). La cantidad Kw se llama producto iónico del agua y es constante a una temperatura determinada. Entonces, a 0 o C es igual a 0,11 H 10 –14, a 20 o C – 0,69 H 10 –14 y a 100 o C – 55,0 H 10 –14. El significado más utilizado es k w a 25 o C, que es igual a 1,00H 10 –14. En agua absolutamente pura, que ni siquiera contiene gases disueltos, las concentraciones de iones H + y OH – son iguales (la solución es neutra). En otros casos, estas concentraciones no coinciden: en soluciones ácidas predominan los iones H +, en soluciones alcalinas predominan los iones OH –. Pero su producto en cualquier solución acuosa es constante. Por lo tanto, si aumentas la concentración de uno de estos iones, la concentración del otro ión disminuirá en la misma cantidad. Entonces, en una solución ácida débil, en la que = 10 –5 mol/l, = 10 –9 mol/l, y su producto sigue siendo igual a 10 –14. De manera similar, en una solución alcalina a = 3,7H 10 –3 mol/l = 10 –14 /3,7H 10 –3 = 2,7H 10 –11 mol/l.

De lo anterior se deduce que la acidez de una solución se puede expresar sin ambigüedades indicando la concentración de solo iones de hidrógeno en ella. Por ejemplo, en agua pura = 10 –7 mol/l. En la práctica, es inconveniente operar con tales números. Además, las concentraciones de iones H + en soluciones pueden diferir cientos de billones de veces, desde aproximadamente 10-15 mol/l (soluciones alcalinas fuertes) hasta 10 mol/l (ácido clorhídrico concentrado), lo que no se puede representar en ningún gráfico. grafico. Por lo tanto, durante mucho tiempo se ha acordado que para la concentración de iones de hidrógeno en una solución, solo se debe indicar el exponente de 10, tomado con el signo opuesto; Para ello, la concentración debe expresarse como una potencia de 10x, sin multiplicador, por ejemplo, 3,7H 10 –3 = 10 –2,43. (Para cálculos más precisos, especialmente en soluciones concentradas, se utilizan sus actividades en lugar de la concentración de iones). Este exponente se llama exponente de hidrógeno, y la abreviatura pH, de la designación de hidrógeno y de la palabra alemana Potenz, es un grado matemático. Así, por definición, pH = –log[H + ]; este valor puede variar dentro de pequeños límites – sólo de –1 a 15 (y más a menudo – de 0 a 14). En este caso, un cambio en la concentración de iones H + 10 veces corresponde a un cambio en el pH de una unidad. La designación de pH fue introducida en el uso científico en 1909 por el físico-químico y bioquímico danés S.P.L. Sørensen, quien en ese momento estudiaba los procesos que ocurren durante la fermentación de la malta de cerveza y su dependencia de la acidez del medio.

A temperatura ambiente en soluciones neutras pH = 7, en soluciones ácidas pH< 7, а в щелочных рН >7. El valor de pH aproximado de una solución acuosa se puede determinar mediante indicadores. Por ejemplo, naranja de metilo a pH< 3,1 имеет красный цвет, а при рН >4.4 – amarillo; tornasol en pH< 6,1 красный, а при рН >8 – azul, etc. Con mayor precisión (hasta centésimas de fracción), el valor del pH se puede determinar utilizando dispositivos especiales: medidores de pH. Dichos dispositivos miden el potencial eléctrico de un electrodo especial sumergido en una solución; este potencial depende de la concentración de iones de hidrógeno en la solución y puede medirse con gran precisión.

Es interesante comparar los valores de pH de soluciones de diversos ácidos, bases, sales (en una concentración de 0,1 mol/l), así como algunas mezclas y objetos naturales. Para los compuestos poco solubles marcados con un asterisco, se proporciona el pH de las soluciones saturadas.

La tabla nos permite hacer una serie de observaciones interesantes. Los valores de pH, por ejemplo, indican inmediatamente la fuerza relativa de los ácidos y las bases. Un fuerte cambio en el ambiente neutro también es claramente visible como resultado de la hidrólisis de sales formadas por ácidos y bases débiles, así como durante la disociación de sales ácidas.

El agua natural siempre tiene una reacción ácida (pH< 7) из-за того, что в ней растворен углекислый газ; при его реакции с водой образуется кислота: СО 2 + Н 2 О « Н + + НСО 3 2– . Если насытить воду углекислым газом при атмосферном давлении, рН полученной «газировки» будет равен 3,7; такую кислотность имеет примерно 0,0007%-ный раствор соляной кислоты – желудочный сок намного кислее! Но даже если повысить давление CO 2 над раствором до 20 атм, значение pH не опускается ниже 3,3. Это значит, что газированную воду (в умеренных количествах, конечно) можно пить без вреда для здоровья, даже если она насыщена углекислым газом.

Ciertos valores de pH son extremadamente importantes para la vida de los organismos vivos. Los procesos bioquímicos en ellos deben ocurrir con una acidez estrictamente especificada. Catalizadores biológicos: las enzimas solo pueden funcionar dentro de ciertos límites de pH y, cuando superan estos límites, su actividad puede disminuir drásticamente. Por ejemplo, la actividad de la enzima pepsina, que cataliza la hidrólisis de proteínas y, por tanto, favorece la digestión de alimentos proteicos en el estómago, es máxima a valores de pH de aproximadamente 2. Por tanto, para una digestión normal es necesario que el jugo gástrico tienen valores de pH bastante bajos: normalmente 1,53-1. En caso de úlcera gástrica, el pH desciende a una media de 1,48, y en caso de úlcera duodenal puede llegar incluso a 105. El valor exacto del pH del jugo gástrico se determina mediante examen intragástrico (sonda de pH). Si una persona tiene acidez baja, el médico puede prescribir una solución débil de ácido clorhídrico con los alimentos y, si hay acidez elevada, tomar agentes antiácidos, por ejemplo, hidróxidos de magnesio o aluminio. Curiosamente, si bebes zumo de limón, la acidez del jugo gástrico... ¡disminuirá! De hecho, una solución de ácido cítrico sólo diluirá el ácido clorhídrico más fuerte contenido en el jugo gástrico.

En las células del cuerpo el pH es de aproximadamente 7, en el líquido extracelular es de 7,4. Las terminaciones nerviosas que se encuentran fuera de las células son muy sensibles a los cambios de pH. Cuando se produce daño mecánico o térmico a los tejidos, las paredes celulares se destruyen y su contenido llega a las terminaciones nerviosas. Como resultado, la persona siente dolor. El investigador escandinavo Olaf Lindahl realizó el siguiente experimento: utilizando un inyector especial sin aguja, se inyectó a través de la piel de una persona un chorro muy fino de una solución que no daña las células, pero actúa sobre las terminaciones nerviosas. Se ha demostrado que son los cationes de hidrógeno los que causan dolor y, a medida que disminuye el pH de la solución, el dolor se intensifica. De manera similar, una solución de ácido fórmico, que se inyecta debajo de la piel mediante la picadura de insectos u ortigas, "actúa directamente sobre los nervios". Los diferentes valores de pH de los tejidos también explican por qué en algunas inflamaciones una persona siente dolor y en otras no.

Curiosamente, la inyección de agua limpia debajo de la piel produjo un dolor particularmente intenso. Este fenómeno, extraño a primera vista, se explica de la siguiente manera: cuando las células entran en contacto con el agua limpia como consecuencia de la presión osmótica, se rompen y su contenido afecta a las terminaciones nerviosas.

El valor del pH sanguíneo debe permanecer dentro de límites muy estrechos; Incluso una ligera acidificación (acidosis) o alcalinización (alcalosis) puede provocar la muerte del organismo. La acidosis se observa en enfermedades como bronquitis, insuficiencia circulatoria, tumores pulmonares, neumonía, diabetes, fiebre, daño renal e intestinal. La alcolosis se observa con hiperventilación de los pulmones (o con inhalación de oxígeno puro), con anemia, intoxicación por CO, histeria, tumor cerebral, consumo excesivo de bicarbonato de sodio o aguas minerales alcalinas y toma de medicamentos diuréticos. Curiosamente, el pH de la sangre arterial normalmente debería estar en el rango de 7,37 a 7,45, y el de la sangre venosa, de 7,34 a 7,43. Varios microorganismos también son muy sensibles a la acidez del medio ambiente. Por lo tanto, los microbios patógenos se desarrollan rápidamente en un ambiente ligeramente alcalino, mientras que no pueden soportar un ambiente ácido. Por lo tanto, para conservar (encurtir, salar) productos, por regla general, se utilizan soluciones ácidas, agregándoles vinagre o ácidos alimentarios. La correcta selección del pH también es de gran importancia para los procesos tecnológicos químicos.

Mantener el valor de pH deseado y evitar que se desvíe notablemente en una dirección u otra cuando cambian las condiciones es posible utilizando las llamadas soluciones tampón (del inglés buff - suavizar los golpes). Estas soluciones suelen ser una mezcla de un ácido débil y su sal o una base débil y su sal. Estas soluciones “resisten”, dentro de ciertos límites (llamados capacidad tampón), los intentos de cambiar su pH. Por ejemplo, si intenta acidificar ligeramente una mezcla de ácido acético y acetato de sodio, los iones de acetato unirán el exceso de iones H + en ácido acético ligeramente disociado y el pH de la solución apenas cambiará (hay muchos iones de acetato en la solución tampón, ya que se forman como resultado de la disociación completa del acetato de sodio). Por otro lado, si se introduce un poco de álcali en dicha solución, el exceso de iones OH será neutralizado por el ácido acético manteniendo el valor del pH. Otras soluciones tampón actúan de manera similar, manteniendo cada una de ellas un valor de pH específico. Las soluciones de sales ácidas de ácido fosfórico y ácidos orgánicos débiles (oxálico, tartárico, cítrico, ftálico, etc.) también tienen un efecto tampón. El valor de pH específico de la solución tampón depende de la concentración de los componentes del tampón. Por tanto, el tampón de acetato permite mantener el pH de la solución en el rango de 3,8 a 6,3; fosfato (mezcla de KH 2 PO 4 y Na 2 HPO 4) - en el rango de 4,8 - 7,0, borato (mezcla de Na 2 B 4 O 7 y NaOH) - en el rango de 9,2-11, etc.

Muchos líquidos naturales tienen propiedades amortiguadoras. Un ejemplo es el agua del océano, cuyas propiedades amortiguadoras se deben en gran medida al dióxido de carbono disuelto y a los iones de bicarbonato HCO 3 -. La fuente de este último, además del CO 2, son enormes cantidades de carbonato de calcio en forma de conchas, tiza y sedimentos de piedra caliza en el océano. Curiosamente, la actividad fotosintética del plancton, uno de los principales proveedores de oxígeno a la atmósfera, provoca un aumento del pH del medio ambiente. Esto sucede de acuerdo con el principio de Le Chatelier como resultado de un cambio en el equilibrio al absorber dióxido de carbono disuelto: 2H + + CO 3 2 – “ H + + HCO 3 – “ H 2 CO 3 “ H 2 O + CO 2. Cuando CO 2 + H 2 O + hv ® 1/n(CH 2 O) n + O 2 se elimina de la solución durante la fotosíntesis, el equilibrio se desplaza hacia la derecha y el ambiente se vuelve más alcalino. En las células del cuerpo, la hidratación del CO 2 es catalizada por la enzima anhidrasa carbónica.

El líquido celular y la sangre también son ejemplos de soluciones tampón naturales. Así, la sangre contiene aproximadamente 0,025 mol/l de dióxido de carbono, y su contenido en los hombres es aproximadamente un 5% mayor que en las mujeres. La concentración de iones de bicarbonato en la sangre es aproximadamente la misma (también hay más en los hombres).

Al analizar el suelo, el pH es una de las características más importantes. Diferentes suelos pueden tener un pH de 4,5 a 10. El valor del pH, en particular, puede usarse para juzgar el contenido de nutrientes del suelo, así como qué plantas pueden crecer con éxito en un suelo determinado. Por ejemplo, el crecimiento de frijoles, lechugas y grosellas negras se ve obstaculizado cuando el pH del suelo es inferior a 6,0; repollo – por debajo de 5,4; manzanos – por debajo de 5,0; patatas: por debajo de 4,9. Los suelos ácidos generalmente son menos ricos en nutrientes porque son menos capaces de retener los cationes metálicos que necesitan las plantas. Por ejemplo, los iones de hidrógeno que ingresan al suelo desplazan los iones Ca 2+ unidos. Y los iones de aluminio desplazados de rocas arcillosas (aluminosilicato) en altas concentraciones son tóxicos para los cultivos agrícolas.

Para desoxidar suelos ácidos, se utiliza el encalado, agregando sustancias que unen gradualmente el exceso de ácido. Dicha sustancia puede ser minerales naturales: tiza, piedra caliza, dolomita, así como cal y escoria de plantas metalúrgicas. La cantidad de desoxidante aplicada depende de la capacidad amortiguadora del suelo. Por ejemplo, el suelo arcilloso encalado requiere más sustancias desoxidantes que el suelo arenoso.

De gran importancia son las mediciones del pH del agua de lluvia, que puede ser bastante ácida debido a la presencia de ácidos sulfúrico y nítrico. Estos ácidos se forman en la atmósfera a partir de óxidos de nitrógeno y azufre (IV), que se emiten con los residuos de numerosas industrias, transportes, salas de calderas y centrales térmicas. Se sabe que la lluvia ácida con un valor de pH bajo (menos de 5,6) destruye la vegetación y el mundo vivo de los cuerpos de agua. Por ello, se controla constantemente el pH del agua de lluvia.

Ilya Leenson

El índice de hidrógeno - pH - es una medida de la actividad (en el caso de soluciones diluidas, refleja la concentración) de los iones de hidrógeno en una solución, expresando cuantitativamente su acidez, calculada como el logaritmo decimal negativo (tomado con el signo opuesto) de la actividad de los iones de hidrógeno, expresada en moles por litro.

pH = – registro

Este concepto fue introducido en 1909 por el químico danés Sørensen. El indicador se llama pH, en honor a las primeras letras de las palabras latinas potentia hidrógeno - la fuerza del hidrógeno, o pondus hidrógenoii - el peso del hidrógeno.

Un poco menos común es el valor inverso del pH: un indicador de la basicidad de la solución, pOH, igual al logaritmo decimal negativo de la concentración de iones OH en la solución:

рОН = – iniciar sesión

En agua pura a 25°C, las concentraciones de iones de hidrógeno () e iones de hidróxido () son las mismas y ascienden a 10 -7 mol/l, esto se deriva directamente de la constante de autoprotólisis del agua K w, que también se llama producto iónico del agua:

K w = =10 –14 [mol 2 /l 2 ] (a 25°C)

pH + pH = 14

Cuando las concentraciones de ambos tipos de iones en una solución son iguales, se dice que la solución es neutra. Cuando se agrega un ácido al agua, la concentración de iones de hidrógeno aumenta y la concentración de iones de hidróxido disminuye en consecuencia cuando se agrega una base; por el contrario, el contenido de iones de hidróxido aumenta y la concentración de iones de hidrógeno disminuye; Cuando > la solución se dice que es ácida, y cuando > es alcalina.

determinación del pH

Se utilizan ampliamente varios métodos para determinar el valor del pH de las soluciones.

1) El valor del pH puede estimarse aproximadamente utilizando indicadores, medirse con precisión con un medidor de pH o determinarse analíticamente realizando una titulación ácido-base.

Para estimar aproximadamente la concentración de iones de hidrógeno, se utilizan ampliamente indicadores ácido-base: tintes orgánicos cuyo color depende del pH del medio. Los indicadores más conocidos incluyen tornasol, fenolftaleína, naranja de metilo (naranja de metilo) y otros. Los indicadores pueden existir en dos formas de diferentes colores: ácidos o básicos. El cambio de color de cada indicador ocurre en su propio rango de acidez, generalmente 1-2 unidades (ver Tabla 1, lección 2).

Para ampliar el rango de trabajo de las mediciones de pH se utiliza el llamado indicador universal, que es una mezcla de varios indicadores. El indicador universal cambia de color secuencialmente de rojo a amarillo, verde, azul a violeta cuando pasa de una región ácida a una alcalina. La determinación del pH mediante el método indicador es difícil para soluciones turbias o coloreadas.

2) El método analítico volumétrico (titulación ácido-base) también proporciona resultados precisos para determinar la acidez total de las soluciones. Se añade gota a gota una solución de concentración conocida (valorante) a la solución de prueba. Cuando se mezclan, se produce una reacción química. El punto de equivalencia (el momento en el que hay exactamente suficiente valorante para completar completamente la reacción) se registra mediante un indicador. A continuación, conociendo la concentración y el volumen de la solución valorante añadida, se calcula la acidez total de la solución.

La acidez del medio ambiente es importante para muchos procesos químicos y la posibilidad o el resultado de una reacción particular a menudo depende del pH del medio ambiente. Para mantener un cierto valor de pH en el sistema de reacción durante la investigación de laboratorio o en la producción, se utilizan soluciones tampón, que permiten mantener un valor de pH casi constante cuando se diluyen o cuando se agregan pequeñas cantidades de ácido o álcali a la solución.

El valor del pH se usa ampliamente para caracterizar las propiedades ácido-base de diversos medios biológicos (Tabla 2).

La acidez del medio de reacción es de particular importancia para las reacciones bioquímicas que ocurren en los sistemas vivos. La concentración de iones de hidrógeno en una solución a menudo afecta las propiedades fisicoquímicas y la actividad biológica de las proteínas y los ácidos nucleicos, por lo que para el funcionamiento normal del organismo, mantener la homeostasis ácido-base es una tarea de excepcional importancia. El mantenimiento dinámico del pH óptimo de los fluidos biológicos se logra mediante la acción de sistemas tampón.

3) El uso de un dispositivo especial, un medidor de pH, le permite medir el pH en un rango más amplio y con mayor precisión (hasta 0,01 unidades de pH) que el uso de indicadores, es conveniente y muy preciso, le permite medir el pH de los opacos. y soluciones coloreadas y por lo tanto ampliamente utilizadas.

Con un medidor de pH se mide la concentración de iones de hidrógeno (pH) en soluciones, agua potable, productos alimenticios y materias primas, objetos ambientales y sistemas de producción para el control continuo de los procesos tecnológicos, incluso en ambientes agresivos.

Un medidor de pH es indispensable para el control hardware de soluciones de pH para la separación de uranio y plutonio, cuando los requisitos para la exactitud de las lecturas del equipo sin calibración son extremadamente altos.

El dispositivo se puede utilizar en laboratorios estacionarios y móviles, incluidos laboratorios de campo, así como en laboratorios de diagnóstico clínico, forenses, de investigación y de producción, incluidas las industrias cárnica, láctea y panificadora.

Recientemente, los medidores de pH también se utilizan ampliamente en granjas de acuarios, para monitorear la calidad del agua en condiciones domésticas, agricultura (especialmente en hidroponía) y también para monitorear diagnósticos de salud.

Tabla 2. Valores de pH para algunos sistemas biológicos y otras soluciones.

El índice de hidrógeno - pH - es una medida de la actividad (en el caso de soluciones diluidas, refleja la concentración) de los iones de hidrógeno en una solución, expresando cuantitativamente su acidez, calculada como el logaritmo decimal negativo (tomado con el signo opuesto) de la actividad de los iones de hidrógeno, expresada en moles por litro.

pH = – registro

Este concepto fue introducido en 1909 por el químico danés Sørensen. El indicador se llama pH, en honor a las primeras letras de las palabras latinas potentia hidrógeno - la fuerza del hidrógeno, o pondus hidrógenoii - el peso del hidrógeno.

Un poco menos común es el valor inverso del pH: un indicador de la basicidad de la solución, pOH, igual al logaritmo decimal negativo de la concentración de iones OH en la solución:

рОН = – iniciar sesión

En agua pura a 25°C, las concentraciones de iones de hidrógeno () e iones de hidróxido () son las mismas y ascienden a 10 -7 mol/l, esto se deriva directamente de la constante de autoprotólisis del agua K w, que también se llama producto iónico del agua:

K w = =10 –14 [mol 2 /l 2 ] (a 25°C)

pH + pH = 14

Cuando las concentraciones de ambos tipos de iones en una solución son iguales, se dice que la solución es neutra. Cuando se agrega un ácido al agua, la concentración de iones de hidrógeno aumenta y la concentración de iones de hidróxido disminuye en consecuencia cuando se agrega una base; por el contrario, el contenido de iones de hidróxido aumenta y la concentración de iones de hidrógeno disminuye; Cuando > la solución se dice que es ácida, y cuando > es alcalina.

determinación del pH

Se utilizan ampliamente varios métodos para determinar el valor del pH de las soluciones.

1) El valor del pH puede estimarse aproximadamente utilizando indicadores, medirse con precisión con un medidor de pH o determinarse analíticamente realizando una titulación ácido-base.

Para estimar aproximadamente la concentración de iones de hidrógeno, se utilizan ampliamente indicadores ácido-base: tintes orgánicos cuyo color depende del pH del medio. Los indicadores más conocidos incluyen tornasol, fenolftaleína, naranja de metilo (naranja de metilo) y otros. Los indicadores pueden existir en dos formas de diferentes colores: ácidos o básicos. El cambio de color de cada indicador ocurre en su propio rango de acidez, generalmente 1-2 unidades (ver Tabla 1, lección 2).

Para ampliar el rango de trabajo de las mediciones de pH se utiliza el llamado indicador universal, que es una mezcla de varios indicadores. El indicador universal cambia secuencialmente de color de rojo a amarillo, verde, azul a violeta cuando pasa de una región ácida a una alcalina. La determinación del pH mediante el método indicador es difícil para soluciones turbias o coloreadas.

2) El método analítico volumétrico (titulación ácido-base) también proporciona resultados precisos para determinar la acidez total de las soluciones. Se añade gota a gota una solución de concentración conocida (valorante) a la solución de prueba. Cuando se mezclan, se produce una reacción química. El punto de equivalencia (el momento en el que hay exactamente suficiente valorante para completar completamente la reacción) se registra mediante un indicador. A continuación, conociendo la concentración y el volumen de la solución valorante añadida, se calcula la acidez total de la solución.

La acidez del medio ambiente es importante para muchos procesos químicos y la posibilidad o el resultado de una reacción particular a menudo depende del pH del medio ambiente. Para mantener un cierto valor de pH en el sistema de reacción durante la investigación de laboratorio o en la producción, se utilizan soluciones tampón, que permiten mantener un valor de pH casi constante cuando se diluyen o cuando se agregan pequeñas cantidades de ácido o álcali a la solución.

El valor del pH se usa ampliamente para caracterizar las propiedades ácido-base de diversos medios biológicos (Tabla 2).

La acidez del medio de reacción es de particular importancia para las reacciones bioquímicas que ocurren en los sistemas vivos. La concentración de iones de hidrógeno en una solución a menudo afecta las propiedades fisicoquímicas y la actividad biológica de las proteínas y los ácidos nucleicos, por lo que para el funcionamiento normal del organismo, mantener la homeostasis ácido-base es una tarea de excepcional importancia. El mantenimiento dinámico del pH óptimo de los fluidos biológicos se logra mediante la acción de sistemas tampón.

3) El uso de un dispositivo especial, un medidor de pH, le permite medir el pH en un rango más amplio y con mayor precisión (hasta 0,01 unidades de pH) que el uso de indicadores, es conveniente y muy preciso, le permite medir el pH de los opacos. y soluciones coloreadas y por lo tanto ampliamente utilizadas.

Con un medidor de pH se mide la concentración de iones de hidrógeno (pH) en soluciones, agua potable, productos alimenticios y materias primas, objetos ambientales y sistemas de producción para el control continuo de los procesos tecnológicos, incluso en ambientes agresivos.

Un medidor de pH es indispensable para el control hardware de soluciones de pH para la separación de uranio y plutonio, cuando los requisitos para la exactitud de las lecturas del equipo sin calibración son extremadamente altos.

El dispositivo se puede utilizar en laboratorios estacionarios y móviles, incluidos laboratorios de campo, así como en laboratorios de diagnóstico clínico, forenses, de investigación y de producción, incluidas las industrias cárnica, láctea y panificadora.

Recientemente, los medidores de pH también se utilizan ampliamente en granjas de acuarios, para monitorear la calidad del agua en condiciones domésticas, agricultura (especialmente en hidroponía) y también para monitorear diagnósticos de salud.

Tabla 2. Valores de pH para algunos sistemas biológicos y otras soluciones.

valor de pH (factor de pH) es una medida de la actividad de los iones de hidrógeno en una solución, expresando cuantitativamente su acidez. Cuando el pH no está en niveles óptimos, las plantas comienzan a perder la capacidad de absorber algunos de los elementos que necesitan para un crecimiento saludable. Todas las plantas tienen un nivel de pH específico que les permite lograr los máximos resultados al crecer. La mayoría de las plantas prefieren un entorno de crecimiento ligeramente ácido (entre 5,5 y 6,5).

Índice de hidrógeno en fórmulas.

En soluciones muy diluidas, el pH es equivalente a la concentración de iones de hidrógeno. Igual en magnitud y de signo opuesto al logaritmo decimal de la actividad de los iones de hidrógeno, expresada en moles por litro:

pH = -lg

En condiciones estándar, el valor del pH oscila entre 0 y 14. En agua pura, a pH neutro, la concentración de H + es igual a la concentración de OH - y es de 1,10 -7 mol por litro. El valor de pH máximo posible se define como la suma de pH y pOH y es igual a 14.

Contrariamente a la creencia popular, el pH puede variar no sólo en el rango de 0 a 14, sino que también puede ir más allá de estos límites. Por ejemplo, con una concentración de ion hidrógeno = 10 −15 mol/l, pH = 15, con una concentración de ion hidróxido de 10 mol/l pOH = −1.

¡Es importante entender! La escala de pH es logarítmica, lo que significa que cada unidad de cambio equivale a un cambio diez veces mayor en la concentración de iones de hidrógeno. En otras palabras, una solución con pH 6 es diez veces más ácida que una solución con pH 7, y una solución con pH 5 será diez veces más ácida que una solución con pH 6 y cien veces más ácida que una solución con pH 7. Esto significa que cuando estás ajustando el pH de tu solución nutritiva y necesitas cambiar el pH en dos puntos (por ejemplo de 7,5 a 5,5) debes usar diez veces más ajustador de pH que si solo cambiaras el pH en un punto (de 7,5 a 6,5).

Métodos para determinar el valor del pH.

Se utilizan ampliamente varios métodos para determinar el valor del pH de las soluciones. El valor del pH se puede estimar aproximadamente utilizando indicadores, medir con precisión con un medidor de pH o determinar analíticamente realizando una titulación ácido-base.

Indicadores ácido-base

Para estimar aproximadamente la concentración de iones de hidrógeno, se utilizan ampliamente indicadores ácido-base: tintes orgánicos cuyo color depende del pH del medio. Los indicadores más conocidos incluyen tornasol, fenolftaleína, naranja de metilo (naranja de metilo) y otros. Los indicadores pueden existir en dos formas de diferentes colores: ácidos o básicos. El cambio de color de cada indicador se produce en su propio rango de acidez, normalmente de 1 a 2 unidades.

indicador universal

Para ampliar el rango de trabajo de las mediciones de pH se utiliza el llamado indicador universal, que es una mezcla de varios indicadores. El indicador universal cambia secuencialmente de color de rojo a amarillo, verde, azul a violeta al pasar de la región ácida a la básica.

Las soluciones de tales mezclas - "indicadores universales" - generalmente se impregnan con tiras de "papel indicador", con cuya ayuda se puede determinar rápidamente (con una precisión de unidades de pH o incluso décimas de pH) la acidez de las soluciones acuosas. en estudio. Para una determinación más precisa, el color del papel indicador obtenido al aplicar una gota de solución se compara inmediatamente con la escala de colores de referencia, cuyo aspecto se presenta en las imágenes.

La determinación del pH mediante el método indicador es difícil para soluciones turbias o coloreadas.

Dado que los valores de pH óptimos para las soluciones nutritivas en hidroponía tienen un rango muy estrecho (normalmente de 5,5 a 6,5), también utilizo otras combinaciones de indicadores. Por ejemplo, el nuestro tiene un rango de trabajo y una escala de 4,0 a 8,0, lo que hace que dicha prueba sea más precisa en comparación con el papel indicador universal.

medidor de pH

El uso de un dispositivo especial, un medidor de pH, le permite medir el pH en un rango más amplio y con mayor precisión (hasta 0,01 unidades de pH) que con indicadores universales. El método es conveniente y muy preciso, especialmente después de calibrar el electrodo indicador en el rango de pH seleccionado. Permite medir el pH de soluciones opacas y coloreadas y, por tanto, se utiliza mucho.

Método volumétrico analítico

El método analítico volumétrico (titulación ácido-base) también proporciona resultados precisos para determinar la acidez de las soluciones. Se añade gota a gota una solución de concentración conocida (valorante) a la solución de prueba. Cuando se mezclan, se produce una reacción química. El punto de equivalencia (el momento en el que hay exactamente suficiente valorante para completar completamente la reacción) se registra mediante un indicador. A continuación, conociendo la concentración y el volumen de la solución valorante añadida, se calcula la acidez de la solución.

Efecto de la temperatura sobre los valores de pH.

El valor del pH puede variar en un amplio rango con los cambios de temperatura. Así, una solución 0,001 molar de NaOH a 20°C tiene un pH=11,73 y a 30°C un pH=10,83. El efecto de la temperatura sobre los valores de pH se explica por la diferente disociación de los iones de hidrógeno (H+) y no es un error experimental. El efecto de la temperatura no puede compensarse con la electrónica del medidor de pH.

Ajustar el pH de la solución nutritiva

Acidificación de la solución nutritiva.

Generalmente es necesario acidificar la solución nutritiva. La absorción de iones por las plantas provoca una alcalinización gradual de la solución. Cualquier solución que tenga un pH de 7 o superior a menudo deberá ajustarse a su pH óptimo. Se pueden usar varios ácidos para acidificar la solución nutritiva. Los más utilizados son el ácido sulfúrico o fosfórico. Una mejor solución para las soluciones hidropónicas son los aditivos tampón como y. Estos productos no sólo llevan los valores de pH a niveles óptimos, sino que también los estabilizan durante un largo período.

Al ajustar el pH tanto con ácidos como con álcalis, se deben usar guantes de goma para evitar quemaduras en la piel. Un químico experimentado maneja hábilmente el ácido sulfúrico concentrado; lo añade gota a gota al agua. Pero para los hidroponistas principiantes, quizás sea mejor ponerse en contacto con un químico experimentado y pedirle que prepare una solución de ácido sulfúrico al 25%. Mientras se agrega ácido, la solución se agita y se determina su pH. Una vez que sepas la cantidad aproximada de ácido sulfúrico, podrás agregarlo con una probeta graduada.

Se debe añadir ácido sulfúrico en pequeñas porciones para no acidificar demasiado la solución, que luego habrá que volver a alcalinizarla. Para un trabajador inexperto, la acidificación y alcalinización pueden continuar indefinidamente. Además de perder tiempo y reactivos, dicha regulación desequilibra la solución nutritiva debido a la acumulación de iones innecesarios para las plantas.

Alcalinizar la solución nutritiva

Las soluciones que son demasiado ácidas se alcalinizan con hidróxido de sodio (hidróxido de sodio). Como su nombre indica, es una sustancia cáustica, por lo que se deben utilizar guantes de goma. Se recomienda comprar hidróxido de sodio en forma de pastillas. En las tiendas de productos químicos domésticos, se puede comprar hidróxido de sodio como limpiador de desagües, como "Mole". Disuelva una pastilla en 0,5 litros de agua y agregue gradualmente la solución alcalina a la solución nutritiva con agitación constante, verificando frecuentemente su pH. Ninguna cantidad de cálculos matemáticos puede determinar cuánto ácido o álcali se debe agregar en un caso determinado.

Si desea cultivar varios cultivos en una misma bandeja, debe seleccionarlos de manera que coincida no solo su pH óptimo, sino también sus necesidades de otros factores de crecimiento. Por ejemplo, los narcisos y crisantemos amarillos requieren un pH de 6,8 pero diferentes niveles de humedad, por lo que no se pueden cultivar en la misma bandeja. Si les das a los narcisos la misma cantidad de humedad que a los crisantemos, los bulbos de narcisos se pudrirán. En los experimentos, el ruibarbo alcanzó su máximo desarrollo a un pH de 6,5, pero pudo crecer incluso a un pH de 3,5. La avena, que prefiere un pH de aproximadamente 6, produce buenos rendimientos a un pH de 4 si se aumenta considerablemente la dosis de nitrógeno en la solución nutritiva. Las patatas crecen en un rango de pH bastante amplio, pero crecen mejor a un pH de 5,5. Por debajo de este pH también se obtienen altos rendimientos de tubérculos, pero adquieren un sabor amargo. Para obtener rendimientos máximos de alta calidad, el pH de las soluciones nutritivas debe ajustarse con precisión.