Huske:

En nøytraliseringsreaksjon er en reaksjon mellom en syre og en base som produserer salt og vann;

Med rent vann forstår kjemikere kjemisk rent vann som ikke inneholder urenheter eller oppløste salter, det vil si destillert vann.

Surhet i miljøet

For ulike kjemiske, industrielle og biologiske prosesser er en svært viktig egenskap surheten til løsninger, som karakteriserer innholdet av syrer eller alkalier i løsninger. Siden syrer og alkalier er elektrolytter, brukes innholdet av H+ eller OH - ioner for å karakterisere surheten i mediet.

I rent vann og i hvilken som helst løsning, sammen med partikler av oppløste stoffer, er også H+ og OH - ioner tilstede. Dette skjer på grunn av dissosiasjonen av vannet i seg selv. Og selv om vi anser vann som en ikke-elektrolytt, kan det likevel dissosiere: H 2 O ^ H+ + OH - . Men denne prosessen skjer i svært liten grad: i 1 liter vann brytes bare 1 ion ned til ioner. 10 -7 molekyler.

I sure løsninger, som et resultat av deres dissosiasjon, vises ytterligere H+ ioner. I slike løsninger er det betydelig flere H+ ioner enn OH - ioner dannet på grunn av svak dissosiasjon av vann, derfor kalles disse løsningene sure (Fig. 11.1, venstre). Det er vanlig å si at slike løsninger har et surt miljø. Jo flere H+-ioner løsningen inneholder, desto surere er mediet.

I alkaliske løsninger, som et resultat av dissosiasjon, tvert imot, dominerer OH - ioner, og H + kationer er nesten fraværende på grunn av ubetydelig dissosiasjon av vann. Miljøet til slike løsninger er alkalisk (fig. 11.1, høyre). Jo høyere konsentrasjonen av OH - ioner er, desto mer alkalisk er løsningsmiljøet.

I en løsning av bordsalt er antallet H+- og OH-ioner det samme og lik 1. 10 -7 mol i 1 liter løsning. Et slikt medium kalles nøytralt (fig. 11.1, midten). Dette betyr faktisk at løsningen verken inneholder syre eller alkali. Et nøytralt miljø er karakteristisk for løsninger av noen salter (dannet av alkali og sterk syre) og mange organiske stoffer. Rent vann har også et nøytralt miljø.

PH verdi

Hvis vi sammenligner smaken av kefir og sitronsaft, kan vi trygt si at sitronsaft er mye surere, det vil si at surheten til disse løsningene er annerledes. Du vet allerede at rent vann også inneholder H+-ioner, men den sure smaken av vannet merkes ikke. Dette skyldes for lav konsentrasjon av H+-ioner. Ofte er det ikke nok å si at et medium er surt eller alkalisk, men det er nødvendig å karakterisere det kvantitativt.

Mediets surhetsgrad er kvantitativt preget av hydrogenindikatoren pH (uttales "p-ash") assosiert med konsentrasjonen

Hydrogenioner. pH-verdien tilsvarer et visst innhold av hydrogenkationer i 1 liter løsning. Rent vann og nøytrale løsninger inneholder 1 liter i 1 liter. 10 7 mol H+-ioner, og pH-verdien er 7. I sure løsninger er konsentrasjonen av H+-kationer større enn i rent vann, og i alkaliske løsninger er den mindre. I samsvar med dette endres også verdien av pH-verdien: i et surt miljø varierer den fra 0 til 7, og i et alkalisk miljø varierer den fra 7 til 14. Bruken av pH-verdien ble først foreslått av den danske kjemikeren Peder Sørensen.

Du har kanskje lagt merke til at pH-verdien er relatert til konsentrasjonen av H+-ioner. Å bestemme pH er direkte relatert til å beregne logaritmen til et tall, som du skal studere i 11. klasses matematikk. Men forholdet mellom innholdet av ioner i løsningen og pH-verdien kan spores i henhold til følgende skjema:

pH-verdien til vandige løsninger av de fleste stoffer og naturlige løsninger ligger i området fra 1 til 13 (fig. 11.2).

Ris. 11.2. pH-verdi av ulike naturlige og kunstige løsninger

Søren Peder Laurits Sørensen

Dansk fysisk kjemiker og biokjemiker, president i Royal Danish Society. Utdannet fra Københavns Universitet. I en alder av 31 ble han professor ved Dansk Polyteknisk Institut. Han ledet det prestisjetunge fysiokjemiske laboratoriet ved Carlsberg-bryggeriet i København, hvor han gjorde sine viktigste vitenskapelige oppdagelser. Hans viktigste vitenskapelige aktivitet var viet til teorien om løsninger: han introduserte konseptet pH-verdi og studerte enzymaktivitetens avhengighet av surheten til løsninger. For sine vitenskapelige prestasjoner ble Sørensen inkludert på listen over "100 fremragende kjemikere i det 20. århundre", men i vitenskapshistorien forble han først og fremst som vitenskapsmannen som introduserte begrepene "pH" og "pH-metri."

Bestemmelse av middels surhet

For å bestemme surheten til en løsning i laboratorier, brukes oftest en universell indikator (fig. 11.3). Etter fargen kan du bestemme ikke bare tilstedeværelsen av syre eller alkali, men også pH-verdien til løsningen med en nøyaktighet på 0,5. For mer nøyaktig å måle pH, er det spesielle enheter - pH-målere (fig. 11.4). De lar deg bestemme pH til en løsning med en nøyaktighet på 0,001-0,01.

Ved å bruke indikatorer eller pH-målere kan du overvåke hvordan kjemiske reaksjoner utvikler seg. For eksempel, hvis kloridsyre tilsettes til en løsning av natriumhydroksid, vil en nøytraliseringsreaksjon oppstå:

Ris. 11.3. En universell indikator bestemmer den omtrentlige pH-verdien

Ris. 11.4. For å måle pH til løsninger brukes spesielle enheter - pH-målere: a - laboratorium (stasjonært); b - bærbar

I dette tilfellet er løsninger av reagenser og reaksjonsprodukter fargeløse. Hvis en pH-meterelektrode plasseres i den innledende alkaliløsningen, kan den fullstendige nøytraliseringen av alkaliet av syren bedømmes ved pH-verdien til den resulterende løsningen.

Bruk av pH-indikator

Å bestemme surheten til løsninger er av stor praktisk betydning på mange områder av vitenskap, industri og andre områder av menneskelivet.

Økologer måler jevnlig pH i regnvann, elver og innsjøer. En kraftig økning i surhetsgraden i naturlig vann kan være en konsekvens av atmosfærisk forurensning eller inntrengning av industriavfall i vannforekomster (fig. 11.5). Slike endringer medfører død av planter, fisk og andre innbyggere i vannforekomster.

Hydrogenindeksen er svært viktig for å studere og observere prosesser som skjer i levende organismer, siden mange kjemiske reaksjoner finner sted i cellene. I klinisk diagnostikk bestemmes pH i blodplasma, urin, magesaft etc. (Fig. 11.6). Normal pH i blodet er mellom 7,35 og 7,45. Selv en liten endring i pH i menneskeblod forårsaker alvorlig sykdom, og ved pH = 7,1 og lavere begynner irreversible endringer som kan føre til døden.

For de fleste planter er jordsurheten viktig, så agronomer utfører en jordanalyse på forhånd, og bestemmer deres pH (fig. 11.7). Hvis surheten er for høy for en bestemt avling, kalkes jorda ved å tilsette kritt eller kalk.

I næringsmiddelindustrien brukes syre-base-indikatorer for å kontrollere kvaliteten på matvarer (fig. 11.8). For eksempel er normal pH for melk 6,8. Avvik fra denne verdien indikerer enten tilstedeværelsen av fremmede urenheter eller forsuring.

Ris. 11.5. Påvirkningen av pH-nivået til vann i reservoarer på den vitale aktiviteten til planter i dem

pH-verdien for kosmetikk som vi bruker i hverdagen er viktig. Gjennomsnittlig pH for menneskelig hud er 5,5. Hvis huden kommer i kontakt med produkter hvis surhet avviker vesentlig fra denne verdien, vil dette føre til for tidlig aldring, skade eller betennelse. Det ble lagt merke til at vaskedamer som brukte vanlig vaskesåpe (pH = 8-10) eller vaskebrus (Na 2 CO 3, pH = 12-13) i lang tid til vask, ble huden på hendene veldig tørr og dekket med sprekker. Derfor er det svært viktig å bruke ulike kosmetikk (geler, kremer, sjampoer osv.) med en pH nær hudens naturlige pH.

LABORATORIEEKSPERIMENT nr. 1-3

Utstyr: stativ med prøverør, pipette.

Reagenser: vann, kloridsyre, NaCl, NaOH-løsninger, bordeddik, universalindikator (løsning eller indikatorpapir), mat og kosmetiske produkter (for eksempel sitron, sjampo, tannkrem, vaskepulver, kullsyreholdige drikker, juice, etc. .) .

Sikkerhetsreguleringer:

For eksperimenter, bruk små mengder reagenser;

Vær forsiktig så du ikke får reagenser på huden eller øynene; Hvis et etsende stoff kommer inn, vask det av med mye vann.

Bestemmelse av hydrogenioner og hydroksydioner i løsninger. Etablere den omtrentlige pH-verdien til vann, alkaliske og sure løsninger

1. Hell 1-2 ml i fem reagensglass: i reagensrør nr. 1 - vann, nr. 2 - kloridsyre, nr. 3 - natriumkloridløsning, nr. 4 - natriumhydroksidløsning og nr. 5 - bordeddik .

2. Tilsett 2-3 dråper av en universell indikatorløsning til hvert reagensglass eller senk indikatorpapiret. Bestem pH til løsningene ved å sammenligne fargen på indikatoren på en standardskala. Trekk konklusjoner om tilstedeværelsen av hydrogenkationer eller hydroksidioner i hvert reagensrør. Skriv dissosiasjonsligninger for disse forbindelsene.

Studie av pH i mat og kosmetiske produkter

Test prøver av mat og kosmetiske produkter med en universell indikator. For å studere tørre stoffer, for eksempel vaskepulver, må de løses opp i en liten mengde vann (1 spatel med tørt stoff per 0,5-1 ml vann). Bestem pH i løsningene. Trekk konklusjoner om surheten i miljøet i hvert av de studerte produktene.

Nøkkelidé

Kontrollspørsmål

130. Tilstedeværelsen av hvilke ioner i en løsning bestemmer surheten?

131. Hvilke ioner finnes i overskudd i sure løsninger? i alkalisk?

132. Hvilken indikator beskriver kvantitativt surheten til løsninger?

133. Hva er pH-verdien og innholdet av H+-ioner i løsninger: a) nøytrale; b) svakt sur; c) svakt alkalisk; d) sterkt surt; d) svært alkalisk?

Oppdrag for å mestre stoffet

134. En vandig løsning av et bestemt stoff har et alkalisk medium. Hvilke ioner er mer tilstede i denne løsningen: H+ eller OH -?

135. To reagensglass inneholder løsninger av nitratsyre og kaliumnitrat. Hvilke indikatorer kan brukes for å bestemme hvilket reagensglass som inneholder en saltløsning?

136. Tre prøverør inneholder løsninger av bariumhydroksid, nitratsyre og kalsiumnitrat. Hvordan gjenkjenne disse løsningene ved å bruke ett reagens?

137. Fra listen ovenfor, skriv ned separat formlene for stoffer hvis løsninger har et medium: a) surt; b) alkalisk; c) nøytral. NaCl, HCl, NaOH, HNO 3, H 3 PO 4, H 2 SO 4, Ba(OH) 2, H 2 S, KNO 3.

138. Regnvann har pH = 5,6. Hva betyr dette? Hvilket stoff som finnes i luften, når det er oppløst i vann, bestemmer surheten i miljøet?

139. Hva slags miljø (surt eller alkalisk): a) i en sjampoløsning (pH = 5,5);

b) i blodet til en frisk person (pH = 7,4); c) i human magesaft (pH = 1,5); d) i spytt (pH = 7,0)?

140. Kull brukt i termiske kraftverk inneholder forbindelser av nitrogen og svovel. Utslipp av kullforbrenningsprodukter til atmosfæren fører til dannelse av såkalt sur nedbør som inneholder små mengder nitrat- eller sulfittsyrer. Hvilke pH-verdier er typiske for slikt regnvann: mer enn 7 eller mindre enn 7?

141. Er pH-verdien til en løsning av en sterk syre avhengig av dens konsentrasjon? Begrunn svaret ditt.

142. En løsning av fenolftalein ble tilsatt til en løsning inneholdende 1 mol kaliumhydroksid. Vil fargen på denne løsningen endres hvis kloridsyre tilsettes den i mengden stoff: a) 0,5 mol; b) 1 mol;

c) 1,5 mol?

143. Tre umerkede reagensglass inneholder fargeløse løsninger av natriumsulfat, natriumhydroksid og sulfatsyre. pH-verdien ble målt for alle løsninger: i det første reagensrøret - 2,3, i det andre - 12,6, i det tredje - 6,9. Hvilket reagensglass inneholder hvilket stoff?

144. Eleven kjøpte destillert vann på apoteket. pH-måleren viste at pH-verdien til dette vannet var 6,0. Eleven kokte så dette vannet i lang tid, fylte beholderen til toppen med varmt vann og lukket lokket. Når vannet ble avkjølt til romtemperatur, registrerte pH-måleren en verdi på 7,0. Etter dette førte eleven luft gjennom vannet med sugerør, og pH-måleren viste igjen 6,0. Hvordan kan resultatene av disse pH-målingene forklares?

145. Hvorfor tror du to flasker eddik fra samme produsent kan inneholde løsninger med litt forskjellige pH-verdier?

Dette er lærebokmateriale

HYDROGENVERDI (PH). En av de viktigste egenskapene til vandige løsninger er deres surhet (eller alkalitet), som bestemmes av konsentrasjonen av H + og OH - ioner ( cm. ELEKTROLYTISK DISSOSIASJON. ELEKTROLYTTER). Konsentrasjonene av disse ionene i vandige løsninger er relatert med et enkelt forhold = TIL w ; (firkantede parenteser angir vanligvis konsentrasjon i enheter av mol/l). Mengden Kw kalles det ioniske produktet av vann og er konstant ved en gitt temperatur. Så ved 0 o C er det lik 0,11 H 10 –14, ved 20 o C – 0,69 H 10 –14, og ved 100 o C – 55,0 H 10 –14. Den mest brukte betydningen er K w ved 25 o C, som er lik 1.00H 10 –14. I absolutt rent vann, som ikke engang inneholder oppløste gasser, er konsentrasjonene av H + og OH – ioner like (løsningen er nøytral). I andre tilfeller er disse konsentrasjonene ikke sammenfallende: i sure løsninger dominerer H + ioner, i alkaliske løsninger dominerer OH - ioner. Men produktet deres i enhver vandig løsning er konstant. Derfor, hvis du øker konsentrasjonen av ett av disse ionene, vil konsentrasjonen av det andre ionet reduseres med samme mengde. Så, i en svak syreløsning, der = 10 –5 mol/l, = 10 –9 mol/l, og produktet deres fortsatt er lik 10 –14. Tilsvarende, i en alkalisk løsning ved = 3,7H 10 –3 mol/l = 10 –14 /3,7H 10 –3 = 2,7H 10 –11 mol/l.

Av ovenstående følger det at surheten til en løsning entydig kan uttrykkes ved å angi konsentrasjonen av bare hydrogenioner i den. For eksempel i rent vann = 10 –7 mol/l. I praksis er det upraktisk å operere med slike tall. I tillegg kan konsentrasjonene av H + -ioner i løsninger variere med hundrevis av billioner ganger - fra omtrent 10–15 mol/l (sterke alkaliløsninger) til 10 mol/l (konsentrert saltsyre), som ikke kan avbildes på noen kurve. Derfor har det lenge vært enighet om at for konsentrasjonen av hydrogenioner i en løsning skal bare eksponenten av 10, tatt med motsatt fortegn, angis; For å gjøre dette bør konsentrasjonen uttrykkes som en potens på 10x, uten en multiplikator, for eksempel 3,7H 10 –3 = 10 –2,43. (For mer nøyaktige beregninger, spesielt i konsentrerte løsninger, brukes deres aktiviteter i stedet for konsentrasjonen av ioner.) Denne eksponenten kalles hydrogeneksponenten, og forkortet pH - fra betegnelsen hydrogen og det tyske ordet Potenz - matematisk grad. Således, per definisjon, pH = –log[H + ]; denne verdien kan variere innenfor små grenser – bare fra –1 til 15 (og oftere – fra 0 til 14). I dette tilfellet tilsvarer en endring i konsentrasjonen av H + -ioner med 10 ganger en endring i pH med én enhet. pH-betegnelsen ble introdusert i vitenskapelig bruk i 1909 av den danske fysikalske kjemikeren og biokjemikeren S.P.L. Sørensen, som på den tiden studerte prosessene som skjedde under gjæringen av ølmalt og deres avhengighet av surheten i mediet.

Ved romtemperatur i nøytrale løsninger pH = 7, i sure løsninger pH< 7, а в щелочных рН >7. Den omtrentlige pH-verdien til en vandig løsning kan bestemmes ved hjelp av indikatorer. For eksempel metyloransje ved pH< 3,1 имеет красный цвет, а при рН >4,4 - gul; lakmus ved pH< 6,1 красный, а при рН >8 – blå osv. Mer nøyaktig (opptil hundredeler av en brøkdel) kan pH-verdien bestemmes ved hjelp av spesielle enheter - pH-målere. Slike enheter måler det elektriske potensialet til en spesiell elektrode nedsenket i en løsning; dette potensialet avhenger av konsentrasjonen av hydrogenioner i løsningen og kan måles med høy nøyaktighet.

Det er interessant å sammenligne pH-verdiene til løsninger av forskjellige syrer, baser, salter (i en konsentrasjon på 0,1 mol/l), samt noen blandinger og naturlige gjenstander. For dårlig løselige forbindelser merket med en stjerne er pH-verdien til mettede løsninger oppgitt.

Tabellen lar oss gjøre en rekke interessante observasjoner. pH-verdier indikerer for eksempel umiddelbart den relative styrken til syrer og baser. En sterk endring i det nøytrale miljøet som følge av hydrolysen av salter dannet av svake syrer og baser, samt under dissosiasjonen av sure salter, er også tydelig synlig.

Naturlig vann har alltid en sur reaksjon (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.

Visse pH-verdier er ekstremt viktige for livet til levende organismer. Biokjemiske prosesser i dem må skje med en strengt spesifisert surhet. Biologiske katalysatorer - enzymer er kun i stand til å virke innenfor visse pH-grenser, og når de går utover disse grensene, kan aktiviteten deres reduseres kraftig. For eksempel er aktiviteten til enzymet pepsin, som katalyserer hydrolyse av proteiner og dermed fremmer fordøyelsen av proteinmat i magen, maksimal ved pH-verdier på ca. 2. For normal fordøyelse er det derfor nødvendig med magesaft har ganske lave pH-verdier: normalt 1,53–1. Ved magesår synker pH til gjennomsnittlig 1,48, og med tolvfingertarmsår kan den til og med komme opp i 105. Den nøyaktige pH-verdien til magesaft bestemmes ved intragastrisk undersøkelse (pH-sonde). Hvis en person har lav surhet, kan legen foreskrive å ta en svak løsning av saltsyre med mat, og hvis det er økt surhet, ta antacida, for eksempel magnesium- eller aluminiumhydroksider. Interessant nok, hvis du drikker sitronsaft, vil surheten i magesaft... reduseres! Faktisk vil en løsning av sitronsyre bare fortynne den sterkere saltsyren som finnes i magesaften.

I cellene i kroppen er pH ca 7, i ekstracellulær væske er den 7,4. Nerveender som er utenfor celler er svært følsomme for endringer i pH. Når mekanisk eller termisk skade oppstår på vev, blir celleveggene ødelagt og innholdet når nerveendene. Som et resultat føler personen smerte. Den skandinaviske forskeren Olaf Lindahl utførte følgende eksperiment: ved hjelp av en spesiell nålfri injektor ble en veldig tynn strøm av løsning injisert gjennom huden til en person, som ikke skadet cellene, men virket på nerveendene. Det er vist at det er hydrogenkationer som forårsaker smerte, og etter hvert som pH i løsningen synker, forsterkes smerten. På samme måte "virker en løsning av maursyre, som injiseres under huden av stikkende insekter eller brennesler, direkte på nervene." De forskjellige pH-verdiene til vev forklarer også hvorfor med noen betennelser en person føler smerte, og med andre - ikke.

Interessant nok ga injisering av rent vann under huden spesielt sterke smerter. Dette fenomenet, merkelig ved første øyekast, forklares som følger: når celler kommer i kontakt med rent vann som følge av osmotisk trykk, sprekker de og innholdet påvirker nerveendene.

Blodets pH-verdi må holde seg innenfor svært smale grenser; selv en lett forsuring (acidose) eller alkalisering (alkalose) kan føre til at organismen dør. Acidose er observert ved sykdommer som bronkitt, sirkulasjonssvikt, lungesvulster, lungebetennelse, diabetes, feber, nyre- og tarmskader. Alkolose observeres med hyperventilering av lungene (eller med innånding av rent oksygen), med anemi, CO-forgiftning, hysteri, hjernesvulst, overdreven inntak av natron eller alkalisk mineralvann og inntak av vanndrivende medisiner. Interessant nok bør pH-verdien til arterielt blod normalt være i området 7,37–7,45, og den for venøst ​​blod – 7,34–7,43. Ulike mikroorganismer er også svært følsomme for surheten i miljøet. Dermed utvikler patogene mikrober seg raskt i et lett alkalisk miljø, mens de ikke tåler et surt miljø. Derfor, for å konservere (beising, salting) produkter, brukes som regel sure løsninger, som tilsetter eddik eller matsyre til dem. Riktig valg av pH er også av stor betydning for kjemiske teknologiske prosesser.

Å opprettholde ønsket pH-verdi og hindre at den avviker merkbart i en eller annen retning når forholdene endrer seg er mulig ved å bruke såkalte buffer (fra engelsk buff - soften shocks) løsninger. Slike løsninger er ofte en blanding av en svak syre og dens salt eller en svak base og dens salt. Slike løsninger "motstår", innenfor visse grenser (kalt bufferkapasitet), forsøk på å endre pH. For eksempel, hvis du prøver å surgjøre en blanding av eddiksyre og natriumacetat litt, vil acetationer binde overflødige H + ioner til lett dissosiert eddiksyre, og pH i løsningen vil nesten ikke endres (det er mange acetationer i bufferløsningen, siden de dannes som et resultat av fullstendig dissosiasjon av natriumacetat). På den annen side, hvis du tilfører litt alkali i en slik løsning, vil overskuddet av OH – ioner nøytraliseres av eddiksyre mens pH-verdien opprettholdes. Andre bufferløsninger virker på lignende måte, og hver av dem opprettholder en bestemt pH-verdi. Løsninger av sure salter av fosforsyre og svake organiske syrer - oksalsyre, vinsyre, sitronsyre, ftalsyre osv. har også en buffereffekt. Den spesifikke pH-verdien til bufferløsningen avhenger av konsentrasjonen av bufferkomponentene. Dermed lar acetatbufferen deg opprettholde pH i løsningen i området 3,8–6,3; fosfat (blanding av KH 2 PO 4 og Na 2 HPO 4) - i området 4,8 - 7,0, borat (blanding av Na 2 B 4 O 7 og NaOH) - i området 9,2-11, etc.

Mange naturlige væsker har bufferegenskaper. Et eksempel er havvann, hvis bufferegenskaper i stor grad skyldes oppløst karbondioksid og bikarbonationer HCO 3 -. Kilden til sistnevnte er i tillegg til CO 2 enorme mengder kalsiumkarbonat i form av skjell, kritt og kalksteinsedimenter i havet. Interessant nok fører den fotosyntetiske aktiviteten til plankton, en av hovedleverandørene av oksygen til atmosfæren, til en økning i miljøets pH. Dette skjer i henhold til Le Chateliers prinsipp som et resultat av et skifte i likevekt ved absorpsjon av oppløst karbondioksid: 2H + + CO 3 2 – “ H + + HCO 3 – “ H 2 CO 3 “ H 2 O + CO 2. Når CO 2 + H 2 O + hv ® 1/n(CH 2 O) n + O 2 fjernes fra løsningen under fotosyntesen, skifter likevekten til høyre og miljøet blir mer alkalisk. I cellene i kroppen katalyseres hydreringen av CO 2 av enzymet karbonsyreanhydrase.

Cellulær væske og blod er også eksempler på naturlige bufferløsninger. Blod inneholder således omtrent 0,025 mol/l karbondioksid, og innholdet hos menn er omtrent 5 % høyere enn hos kvinner. Konsentrasjonen av bikarbonationer i blodet er omtrent den samme (det er også flere av dem hos menn).

Ved testing av jord er pH en av de viktigste egenskapene. Ulike jordarter kan ha en pH fra 4,5 til 10. Spesielt pH-verdien kan brukes til å bedømme næringsinnholdet i jorda, samt hvilke planter som kan vokse vellykket i en gitt jord. For eksempel hemmes veksten av bønner, salat og solbær når jordens pH er under 6,0; kål - under 5,4; epletrær - under 5,0; poteter – under 4,9. Sur jord er generelt mindre næringsrik fordi den er dårligere i stand til å beholde metallkationene som planter trenger. For eksempel fortrenger hydrogenioner som kommer inn i jorda bundne Ca 2+ -ioner fra den. Og aluminiumioner fortrengt fra leirholdige (aluminiumsilikat) bergarter i høye konsentrasjoner er giftige for landbruksvekster.

For å deoksidere sur jord brukes kalking - tilsetning av stoffer som gradvis binder overflødig syre. Et slikt stoff kan være naturlige mineraler - kritt, kalkstein, dolomitt, samt kalk, slagg fra metallurgiske planter. Mengden deoksideringsmiddel som påføres avhenger av bufferkapasiteten til jorda. For eksempel krever kalking av leirjord mer deoksideringsmidler enn sandjord.

Av stor betydning er målinger av regnvannets pH, som kan være ganske surt på grunn av tilstedeværelsen av svovelsyre og salpetersyre i det. Disse syrene dannes i atmosfæren fra nitrogen og svovel (IV) oksider, som slippes ut med avfall fra en rekke industrier, transport, kjelehus og termiske kraftverk. Det er kjent at sur nedbør med lav pH-verdi (mindre enn 5,6) ødelegger vegetasjonen og vannmassenes livsverden. Derfor overvåkes regnvannets pH konstant.

Ilya Leenson

Hydrogenindeksen - pH - er et mål på aktiviteten (i tilfelle av fortynnede løsninger, reflekterer konsentrasjonen) av hydrogenioner i en løsning, kvantitativt uttrykker surheten, beregnet som den negative (tatt med motsatt fortegn) desimallogaritmen av aktiviteten til hydrogenioner, uttrykt i mol per liter.

pH = – log

Dette konseptet ble introdusert i 1909 av den danske kjemikeren Sørensen. Indikatoren kalles pH, etter de første bokstavene i de latinske ordene potentia hydrogeni - styrken til hydrogen, eller pondus hydrogenii - vekten av hydrogen.

Den inverse pH-verdien er noe mindre utbredt - en indikator på basisiteten til løsningen, pOH, lik den negative desimallogaritmen for konsentrasjonen av OH-ioner i løsningen:

рОН = – logg

I rent vann ved 25°C er konsentrasjonene av hydrogenioner () og hydroksidioner () de samme og utgjør 10 -7 mol/l, dette følger direkte av autoprotolysekonstanten til vann K w, som ellers kalles ionisk produkt av vann:

K w = =10 –14 [mol 2 /l 2 ] (ved 25 °C)

pH + pH = 14

Når konsentrasjonene av begge typer ioner i en løsning er like, sies løsningen å være nøytral. Når en syre tilsettes vann, øker konsentrasjonen av hydrogenioner, og konsentrasjonen av hydroksydioner reduseres tilsvarende når en base tilsettes, tvert imot øker innholdet av hydroksydioner, og konsentrasjonen av hydrogenioner avtar. Når > løsningen sies å være sur, og når > er den alkalisk.

pH-bestemmelse

Flere metoder er mye brukt for å bestemme pH-verdien til løsninger.

1) pH-verdien kan tilnærmet estimeres ved hjelp av indikatorer, nøyaktig målt med et pH-meter, eller bestemmes analytisk ved å utføre syre-base titrering.

For å grovt estimere konsentrasjonen av hydrogenioner, er syre-base-indikatorer mye brukt - organiske fargestoffer, hvis farge avhenger av pH i mediet. De mest kjente indikatorene inkluderer lakmus, fenolftalein, metyloransje (metyloransje) og andre. Indikatorer kan eksistere i to forskjellige fargede former - enten sure eller basiske. Fargeendringen til hver indikator skjer i sitt eget surhetsområde, vanligvis 1-2 enheter (se tabell 1, leksjon 2).

For å utvide arbeidsområdet til pH-målinger brukes en såkalt universalindikator, som er en blanding av flere indikatorer. Den universelle indikatoren endrer farge sekvensielt fra rød gjennom gul, grønn, blå til fiolett når den flyttes fra en sur region til en alkalisk. Å bestemme pH ved hjelp av indikatormetoden er vanskelig for uklare eller fargede løsninger.

2) Den analytiske volumetriske metoden - syre-base titrering - gir også nøyaktige resultater for å bestemme den totale surheten til løsninger. En løsning med kjent konsentrasjon (titrant) tilsettes dråpevis til testløsningen. Når de blandes, skjer det en kjemisk reaksjon. Ekvivalenspunktet - øyeblikket når det er nøyaktig nok titrant til å fullføre reaksjonen - registreres ved hjelp av en indikator. Deretter, når man kjenner konsentrasjonen og volumet til den tilsatte titrantløsningen, beregnes den totale surheten til løsningen.

Surheten i miljøet er viktig for mange kjemiske prosesser, og muligheten eller utfallet av en bestemt reaksjon avhenger ofte av pH i miljøet. For å opprettholde en viss pH-verdi i reaksjonssystemet under laboratorieforskning eller i produksjon, brukes bufferløsninger som gjør det mulig å opprettholde en tilnærmet konstant pH-verdi ved fortynning eller når små mengder syre eller alkali tilsettes løsningen.

pH-verdien er mye brukt for å karakterisere syre-base-egenskapene til ulike biologiske medier (tabell 2).

Surheten til reaksjonsmediet er av spesiell betydning for biokjemiske reaksjoner som oppstår i levende systemer. Konsentrasjonen av hydrogenioner i en løsning påvirker ofte de fysisk-kjemiske egenskapene og den biologiske aktiviteten til proteiner og nukleinsyrer, derfor, for normal funksjon av kroppen, er opprettholdelse av syre-base-homeostase en oppgave av eksepsjonell betydning. Dynamisk vedlikehold av den optimale pH-verdien til biologiske væsker oppnås gjennom påvirkning av buffersystemer.

3) Bruken av en spesiell enhet - et pH-meter - lar deg måle pH i et bredere område og mer nøyaktig (opptil 0,01 pH-enheter) enn å bruke indikatorer, er praktisk og svært nøyaktig, lar deg måle pH til ugjennomsiktig og fargede løsninger og derfor mye brukt.

Ved hjelp av et pH-meter måles konsentrasjonen av hydrogenioner (pH) i løsninger, drikkevann, matvarer og råvarer, miljøobjekter og produksjonssystemer for kontinuerlig overvåking av teknologiske prosesser, også i aggressive miljøer.

En pH-meter er uunnværlig for maskinvareovervåking av pH-løsninger for separering av uran og plutonium, når kravene til riktigheten av utstyrsavlesninger uten kalibrering er ekstremt høye.

Enheten kan brukes i stasjonære og mobile laboratorier, inkludert feltlaboratorier, så vel som kliniske diagnostiske, rettsmedisinske, forsknings- og produksjonslaboratorier, inkludert kjøtt-, meieri- og bakeindustrien.

Nylig er pH-målere også mye brukt i akvariegårder, som overvåker vannkvaliteten i husholdninger, landbruk (spesielt innen hydroponikk), og også for å overvåke helsediagnostikk.

Tabell 2. pH-verdier for noen biologiske systemer og andre løsninger

Hydrogenindeksen - pH - er et mål på aktiviteten (i tilfelle av fortynnede løsninger, reflekterer konsentrasjonen) av hydrogenioner i en løsning, kvantitativt uttrykker surheten, beregnet som den negative (tatt med motsatt fortegn) desimallogaritmen av aktiviteten til hydrogenioner, uttrykt i mol per liter.

pH = – log

Dette konseptet ble introdusert i 1909 av den danske kjemikeren Sørensen. Indikatoren kalles pH, etter de første bokstavene i de latinske ordene potentia hydrogeni - styrken til hydrogen, eller pondus hydrogenii - vekten av hydrogen.

Den inverse pH-verdien er noe mindre utbredt - en indikator på basisiteten til løsningen, pOH, lik den negative desimallogaritmen for konsentrasjonen av OH-ioner i løsningen:

рОН = – logg

I rent vann ved 25°C er konsentrasjonene av hydrogenioner () og hydroksidioner () de samme og utgjør 10 -7 mol/l, dette følger direkte av autoprotolysekonstanten til vann K w, som ellers kalles ionisk produkt av vann:

K w = =10 –14 [mol 2 /l 2 ] (ved 25 °C)

pH + pH = 14

Når konsentrasjonene av begge typer ioner i en løsning er like, sies løsningen å være nøytral. Når en syre tilsettes vann, øker konsentrasjonen av hydrogenioner, og konsentrasjonen av hydroksydioner reduseres tilsvarende når en base tilsettes, tvert imot øker innholdet av hydroksydioner, og konsentrasjonen av hydrogenioner avtar. Når > løsningen sies å være sur, og når > er den alkalisk.

pH-bestemmelse

Flere metoder er mye brukt for å bestemme pH-verdien til løsninger.

1) pH-verdien kan tilnærmet estimeres ved hjelp av indikatorer, nøyaktig målt med et pH-meter, eller bestemmes analytisk ved å utføre syre-base titrering.

For å grovt estimere konsentrasjonen av hydrogenioner, er syre-base-indikatorer mye brukt - organiske fargestoffer, hvis farge avhenger av pH i mediet. De mest kjente indikatorene inkluderer lakmus, fenolftalein, metyloransje (metyloransje) og andre. Indikatorer kan eksistere i to forskjellige fargede former - enten sure eller basiske. Fargeendringen til hver indikator skjer i sitt eget surhetsområde, vanligvis 1-2 enheter (se tabell 1, leksjon 2).

For å utvide arbeidsområdet til pH-målinger brukes en såkalt universalindikator, som er en blanding av flere indikatorer. Den universelle indikatoren endrer farge sekvensielt fra rød gjennom gul, grønn, blå til fiolett når den flyttes fra en sur region til en alkalisk. Å bestemme pH ved hjelp av indikatormetoden er vanskelig for uklare eller fargede løsninger.

2) Den analytiske volumetriske metoden - syre-base titrering - gir også nøyaktige resultater for å bestemme den totale surheten til løsninger. En løsning med kjent konsentrasjon (titrant) tilsettes dråpevis til testløsningen. Når de blandes, skjer det en kjemisk reaksjon. Ekvivalenspunktet - øyeblikket når det er nøyaktig nok titrant til å fullføre reaksjonen - registreres ved hjelp av en indikator. Deretter, når man kjenner konsentrasjonen og volumet til den tilsatte titrantløsningen, beregnes den totale surheten til løsningen.

Surheten i miljøet er viktig for mange kjemiske prosesser, og muligheten eller utfallet av en bestemt reaksjon avhenger ofte av pH i miljøet. For å opprettholde en viss pH-verdi i reaksjonssystemet under laboratorieforskning eller i produksjon, brukes bufferløsninger som gjør det mulig å opprettholde en tilnærmet konstant pH-verdi ved fortynning eller når små mengder syre eller alkali tilsettes løsningen.

pH-verdien er mye brukt for å karakterisere syre-base-egenskapene til ulike biologiske medier (tabell 2).

Surheten til reaksjonsmediet er av spesiell betydning for biokjemiske reaksjoner som oppstår i levende systemer. Konsentrasjonen av hydrogenioner i en løsning påvirker ofte de fysisk-kjemiske egenskapene og den biologiske aktiviteten til proteiner og nukleinsyrer, derfor, for normal funksjon av kroppen, er opprettholdelse av syre-base-homeostase en oppgave av eksepsjonell betydning. Dynamisk vedlikehold av den optimale pH-verdien til biologiske væsker oppnås gjennom påvirkning av buffersystemer.

3) Bruken av en spesiell enhet - et pH-meter - lar deg måle pH i et bredere område og mer nøyaktig (opptil 0,01 pH-enheter) enn å bruke indikatorer, er praktisk og svært nøyaktig, lar deg måle pH til ugjennomsiktig og fargede løsninger og derfor mye brukt.

Ved hjelp av et pH-meter måles konsentrasjonen av hydrogenioner (pH) i løsninger, drikkevann, matvarer og råvarer, miljøobjekter og produksjonssystemer for kontinuerlig overvåking av teknologiske prosesser, også i aggressive miljøer.

En pH-meter er uunnværlig for maskinvareovervåking av pH-løsninger for separering av uran og plutonium, når kravene til riktigheten av utstyrsavlesninger uten kalibrering er ekstremt høye.

Enheten kan brukes i stasjonære og mobile laboratorier, inkludert feltlaboratorier, så vel som kliniske diagnostiske, rettsmedisinske, forsknings- og produksjonslaboratorier, inkludert kjøtt-, meieri- og bakeindustrien.

Nylig er pH-målere også mye brukt i akvariegårder, som overvåker vannkvaliteten i husholdninger, landbruk (spesielt innen hydroponikk), og også for å overvåke helsediagnostikk.

Tabell 2. pH-verdier for noen biologiske systemer og andre løsninger

PH verdi (pH-faktor) er et mål på aktiviteten til hydrogenioner i en løsning, som kvantitativt uttrykker surheten. Når pH ikke er på optimale nivåer, begynner plantene å miste evnen til å absorbere noen av elementene de trenger for sunn vekst. Alle planter har et spesifikt pH-nivå som gjør at de kan oppnå maksimale resultater når de vokser. De fleste planter foretrekker et litt surt vekstmiljø (mellom 5,5-6,5).

Hydrogenindeks i formler

I svært fortynnede løsninger tilsvarer pH-verdien konsentrasjonen av hydrogenioner. Lik størrelse og motsatt i fortegn til desimallogaritmen for aktiviteten til hydrogenioner, uttrykt i mol per liter:

pH = -lg

Under standardforhold varierer pH-verdien fra 0 til 14. I rent vann, ved nøytral pH, er konsentrasjonen av H + lik konsentrasjonen av OH - og er 1·10 -7 mol per liter. Maksimal mulig pH-verdi er definert som summen av pH og pOH og er lik 14.

I motsetning til hva mange tror, ​​kan pH variere ikke bare i området fra 0 til 14, men kan også gå utover disse grensene. For eksempel, ved en hydrogenionkonsentrasjon = 10 −15 mol/l, pH = 15, ved en hydroksidionkonsentrasjon på 10 mol/l pOH = −1.

Det er viktig å forstå! pH-skalaen er logaritmisk, noe som betyr at hver endringsenhet tilsvarer en tidobbel endring i konsentrasjonen av hydrogenioner. Med andre ord, en løsning med pH 6 er ti ganger surere enn en løsning med pH 7, og en løsning med pH 5 vil være ti ganger surere enn en løsning med pH 6 og hundre ganger surere enn en løsning med pH 7. Dette betyr at når du justerer pH i næringsløsningen din og du må endre pH med to punkter (for eksempel fra 7,5 til 5,5) må du bruke ti ganger mer pH-justering enn om du bare endret pH med ett poeng (fra 7,5 til 6,5 ).

Metoder for å bestemme pH-verdi

Flere metoder er mye brukt for å bestemme pH-verdien til løsninger. pH-verdien kan tilnærmet estimeres ved hjelp av indikatorer, målt nøyaktig med et pH-meter, eller bestemmes analytisk ved å utføre syre-base titrering.

Syre-base indikatorer

For å grovt estimere konsentrasjonen av hydrogenioner, er syre-base-indikatorer mye brukt - organiske fargestoffer, hvis farge avhenger av pH i mediet. De mest kjente indikatorene inkluderer lakmus, fenolftalein, metyloransje (metyloransje) og andre. Indikatorer kan eksistere i to forskjellige fargede former - enten sure eller basiske. Fargeendringen til hver indikator skjer i sitt eget surhetsområde, vanligvis 1-2 enheter.

Universell indikator

For å utvide arbeidsområdet til pH-målinger brukes en såkalt universalindikator, som er en blanding av flere indikatorer. Den universelle indikatoren endrer sekvensielt farge fra rød gjennom gul, grønn, blå til fiolett når den flyttes fra den sure regionen til den grunnleggende.

Løsninger av slike blandinger - "universelle indikatorer" - er vanligvis impregnert med strimler av "indikatorpapir", ved hjelp av hvilke du raskt (med en nøyaktighet av pH-enheter, eller til og med tideler av pH) kan bestemme surheten til de vandige løsningene under studier. For en mer nøyaktig bestemmelse sammenlignes fargen på indikatorpapiret som oppnås ved påføring av en dråpe løsning umiddelbart med referansefargeskalaen, hvis utseende er presentert på bildene.

Å bestemme pH ved hjelp av indikatormetoden er vanskelig for uklare eller fargede løsninger.

Gitt det faktum at de optimale pH-verdiene for næringsløsninger i hydroponics har et veldig smalt område (vanligvis fra 5,5 til 6,5), bruker jeg også andre kombinasjoner av indikatorer. Vår har for eksempel et arbeidsområde og skala fra 4,0 til 8,0, noe som gjør en slik test mer nøyaktig sammenlignet med universalindikatorpapir.

pH-meter

Bruken av en spesiell enhet - et pH-meter - lar deg måle pH i et bredere område og mer nøyaktig (opptil 0,01 pH-enheter) enn å bruke universelle indikatorer. Metoden er praktisk og svært nøyaktig, spesielt etter kalibrering av indikatorelektroden i det valgte pH-området. Den lar deg måle pH i ugjennomsiktige og fargede løsninger og er derfor mye brukt.

Analytisk volumetrisk metode

Den analytiske volumetriske metoden - syre-base titrering - gir også nøyaktige resultater for å bestemme surheten til løsninger. En løsning med kjent konsentrasjon (titrant) tilsettes dråpevis til testløsningen. Når de blandes, skjer det en kjemisk reaksjon. Ekvivalenspunktet - øyeblikket når det er nøyaktig nok titrant til å fullføre reaksjonen - registreres ved hjelp av en indikator. Deretter, ved å kjenne konsentrasjonen og volumet til den tilsatte titrantløsningen, beregnes surheten til løsningen.

Effekt av temperatur på pH-verdier

pH-verdien kan endres over et bredt område med temperaturendringer. Således har en 0,001 molar løsning av NaOH ved 20°C pH=11,73 og ved 30°C pH=10,83. Effekten av temperatur på pH-verdier forklares av ulik dissosiasjon av hydrogenioner (H +) og er ikke en eksperimentell feil. Temperatureffekten kan ikke kompenseres for av elektronikken til pH-måleren.

Justering av pH i næringsoppløsningen

Forsuring av næringsløsningen

Næringsløsningen må vanligvis surgjøres. Absorpsjonen av ioner av planter forårsaker en gradvis alkalisering av løsningen. Enhver løsning som har en pH på 7 eller høyere vil oftest måtte justeres til optimal pH. Ulike syrer kan brukes til å surgjøre næringsløsningen. De mest brukte er svovelsyre eller fosforsyre. En bedre løsning for hydroponiske løsninger er buffertilsetninger som og. Disse produktene bringer ikke bare pH-verdier til optimale nivåer, men stabiliserer også verdier over en lang periode.

Når du justerer pH med både syrer og alkalier, bør gummihansker brukes for å unngå brannskader. En erfaren kjemiker håndterer konsentrert svovelsyre på en dyktig måte. Men for nybegynnere hydroponister er det kanskje bedre å kontakte en erfaren kjemiker og be ham tilberede en 25% løsning av svovelsyre. Mens det tilsettes syre, røres løsningen og pH bestemmes. Når du vet den omtrentlige mengden svovelsyre, kan du legge den til fra en gradert sylinder.

Svovelsyre må tilsettes i små porsjoner for ikke å surgjøre løsningen for mye, som deretter må alkaliseres igjen. For en uerfaren arbeider kan forsuring og alkalisering fortsette på ubestemt tid. I tillegg til å kaste bort tid og reagenser, ubalanserer en slik regulering næringsløsningen på grunn av opphopning av ioner som er unødvendig for planter.

Alkalisering av næringsoppløsningen

Løsninger som er for sure gjøres alkaliske med natriumhydroksid (natriumhydroksid). Som navnet antyder, er det et etsende stoff, så gummihansker må brukes. Det anbefales å kjøpe natriumhydroksid i pilleform. I husholdningskjemikalier kan natriumhydroksid kjøpes som avløpsrens, for eksempel "Mole". Løs opp en pille i 0,5 liter vann og tilsett den alkaliske løsningen gradvis til næringsløsningen under konstant omrøring, og kontroller ofte pH. Ingen mengde matematiske beregninger kan bestemme hvor mye syre eller alkali som skal tilsettes i et gitt tilfelle.

Hvis du vil dyrke flere avlinger i ett brett, må du velge dem slik at ikke bare deres optimale pH faller sammen, men også deres behov for andre vekstfaktorer. For eksempel krever gule påskeliljer og krysantemum en pH på 6,8, men forskjellige fuktighetsnivåer, så de kan ikke dyrkes i samme brett. Hvis du gir påskeliljer samme mengde fuktighet som krysantemum, vil påskeliljeløkene råtne. I forsøk nådde rabarbra maksimal utvikling ved pH 6,5, men kunne vokse selv ved pH 3,5. Havre, som foretrekker en pH på ca. 6, gir gode avlinger ved en pH på 4 dersom nitrogendosen i næringsløsningen økes kraftig. Poteter vokser over et ganske bredt pH-område, men de vokser best ved en pH på 5,5. Under denne pH oppnås også høye knollavlinger, men de får en syrlig smak. For å oppnå maksimalt utbytte av høy kvalitet, må pH i næringsløsninger justeres nøyaktig.