Tine minte:

O reacție de neutralizare este o reacție între un acid și o bază care produce sare și apă;

Prin apă pură, chimiștii înțeleg apa pură din punct de vedere chimic care nu conține impurități sau săruri dizolvate, adică apă distilată.

Aciditatea mediului

Pentru diferite procese chimice, industriale și biologice, o caracteristică foarte importantă este aciditatea soluțiilor, care caracterizează conținutul de acizi sau alcalii din soluții. Deoarece acizii și alcalii sunt electroliți, conținutul de ioni H+ sau OH - este utilizat pentru a caracteriza aciditatea mediului.

În apă pură și în orice soluție, împreună cu particulele de substanțe dizolvate, sunt prezenți și ioni H+ și OH -. Acest lucru se întâmplă din cauza disocierii apei în sine. Și deși considerăm apa ca fiind un non-electrolit, ea se poate disocia totuși: H 2 O ^ H+ + OH - . Dar acest proces are loc într-o măsură foarte mică: într-un litru de apă doar 1 ion se descompune în ioni. 10 -7 molecule.

În soluțiile acide, ca urmare a disocierii lor, apar ioni H+ suplimentari. În astfel de soluții există semnificativ mai mulți ioni H+ decât ioni OH - formați din cauza disocierii ușoare a apei, de aceea aceste soluții sunt numite acide (Fig. 11.1, stânga). Se spune în mod obișnuit că astfel de soluții au un mediu acid. Cu cât sunt mai mulți ioni H+ în soluție, cu atât mediul este mai acid.

În soluțiile alcaline, ca urmare a disocierii, dimpotrivă, predomină ionii OH -, iar cationii H + sunt aproape absenți din cauza disocierii nesemnificative a apei. Mediul acestor soluții este alcalin (Fig. 11.1, dreapta). Cu cât concentrația de ioni OH - este mai mare, cu atât mediul soluției este mai alcalin.

Într-o soluție de sare de masă, numărul de ioni H+ și OH este același și egal cu 1. 10 -7 moli în 1 litru de soluție. Un astfel de mediu se numește neutru (Fig. 11.1, centru). De fapt, aceasta înseamnă că soluția nu conține nici acid, nici alcali. Un mediu neutru este caracteristic soluțiilor unor săruri (formate din alcali și acid puternic) și multor substanțe organice. Apa pură are, de asemenea, un mediu neutru.

Valoarea pH-ului

Dacă comparăm gustul chefirului și al sucului de lămâie, putem spune cu siguranță că sucul de lămâie este mult mai acid, adică aciditatea acestor soluții este diferită. Știți deja că apa pură conține și ioni H+, dar gustul acru al apei nu se simte. Acest lucru se datorează concentrației prea scăzute de ioni H+. Adesea nu este suficient să spunem că un mediu este acid sau alcalin, dar este necesar să-l caracterizezi cantitativ.

Aciditatea mediului se caracterizează cantitativ prin indicatorul de hidrogen pH (pronunțat „p-ash”), asociat cu concentrația

Ioni de hidrogen. Valoarea pH-ului corespunde unui anumit conținut de cationi de hidrogen în 1 litru de soluție. Apa pură și soluțiile neutre conțin 1 litru în 1 litru. 10 7 mol de ioni de H+, iar valoarea pH-ului este 7. În soluțiile acide concentrația de cationi H+ este mai mare decât în ​​apa pură, iar în soluțiile alcaline este mai mică. În conformitate cu aceasta, valoarea pH-ului se modifică și ea: într-un mediu acid variază de la 0 la 7, iar într-un mediu alcalin variază de la 7 la 14. Utilizarea valorii pH a fost propusă pentru prima dată de chimistul danez. Peder Sørensen.

Poate ați observat că valoarea pH-ului este legată de concentrația ionilor de H+. Determinarea pH-ului este direct legată de calcularea logaritmului unui număr, pe care îl vei studia la clasele de matematică din clasa a XI-a. Dar relația dintre conținutul de ioni din soluție și valoarea pH-ului poate fi urmărită conform următoarei scheme:

Valoarea pH-ului soluțiilor apoase ale majorității substanțelor și soluțiilor naturale este în intervalul de la 1 la 13 (Fig. 11.2).

Orez. 11.2. Valoarea pH-ului diferitelor soluții naturale și artificiale

Søren Peder Laurits Sørensen

Fiziochimist și biochimist danez, președinte al Societății Regale Daneze. Absolvent al Universității din Copenhaga. La 31 de ani a devenit profesor la Institutul Politehnic Danez. A condus prestigiosul laborator de fizico-chimie de la fabrica de bere Carlsberg din Copenhaga, unde și-a făcut principalele descoperiri științifice. Principala sa activitate științifică a fost consacrată teoriei soluțiilor: a introdus conceptul de valoare pH și a studiat dependența activității enzimelor de aciditatea soluțiilor. Pentru realizările sale științifice, Sørensen a fost inclus în lista celor „100 de chimiști remarcabili ai secolului al XX-lea”, dar în istoria științei a rămas în primul rând ca om de știință care a introdus conceptele de „pH” și „pH-metrie”.

Determinarea acidității medii

Pentru a determina aciditatea unei soluții în laboratoare, se folosește cel mai adesea un indicator universal (Fig. 11.3). Prin culoarea sa, puteți determina nu numai prezența acidului sau alcalinei, ci și valoarea pH-ului soluției cu o precizie de 0,5. Pentru a măsura mai precis pH-ul, există dispozitive speciale - pH-metre (Fig. 11.4). Acestea vă permit să determinați pH-ul unei soluții cu o precizie de 0,001-0,01.

Folosind indicatori sau pH-metre, puteți monitoriza modul în care reacțiile chimice progresează. De exemplu, dacă se adaugă acid clorhidric la o soluție de hidroxid de sodiu, va avea loc o reacție de neutralizare:

Orez. 11.3. Un indicator universal determină valoarea aproximativă a pH-ului

Orez. 11.4. Pentru măsurarea pH-ului soluțiilor se folosesc aparate speciale - pH-metre: a - laborator (staționar); b - portabil

În acest caz, soluțiile de reactivi și produse de reacție sunt incolore. Dacă un electrod pH-metru este plasat în soluția alcalină inițială, atunci neutralizarea completă a alcalinei de către acid poate fi judecată după valoarea pH-ului soluției rezultate.

Aplicarea indicatorului de pH

Determinarea acidității soluțiilor este de mare importanță practică în multe domenii ale științei, industriei și alte domenii ale vieții umane.

Ecologiștii măsoară în mod regulat pH-ul apei de ploaie, râurilor și lacurilor. O creștere bruscă a acidității apelor naturale poate fi o consecință a poluării atmosferice sau a pătrunderii deșeurilor industriale în corpurile de apă (Fig. 11.5). Astfel de schimbări implică moartea plantelor, peștilor și a altor locuitori din corpurile de apă.

Indicele de hidrogen este foarte important pentru studierea și observarea proceselor care au loc în organismele vii, deoarece în celule au loc numeroase reacții chimice. În diagnosticul clinic se determină pH-ul plasmei sanguine, urinei, sucului gastric etc. (Fig. 11.6). pH-ul normal al sângelui este între 7,35 și 7,45. Chiar și o mică modificare a pH-ului sângelui uman provoacă boli grave, iar la pH = 7,1 și mai jos, încep modificări ireversibile care pot duce la moarte.

Pentru majoritatea plantelor, aciditatea solului este importantă, astfel încât agronomii efectuează analize de sol în prealabil, determinându-le pH-ul (Fig. 11.7). Dacă aciditatea este prea mare pentru o anumită cultură, solul este calcat prin adăugarea de cretă sau var.

În industria alimentară, indicatorii acido-bazici sunt utilizați pentru a controla calitatea produselor alimentare (Fig. 11.8). De exemplu, pH-ul normal pentru lapte este 6,8. Abaterea de la această valoare indică fie prezența impurităților străine, fie acrirea acestora.

Orez. 11.5. Influența nivelului pH-ului apei din rezervoare asupra activității vitale a plantelor din acestea

Valoarea pH-ului pentru produsele cosmetice pe care le folosim în viața de zi cu zi este importantă. pH-ul mediu al pielii umane este de 5,5. Dacă pielea intră în contact cu produse a căror aciditate diferă semnificativ de această valoare, aceasta va duce la îmbătrânirea prematură a pielii, deteriorarea sau inflamația. S-a observat că spălătoriile care au folosit mult timp săpun de rufe obișnuit (pH = 8-10) sau sifon de spălat (Na 2 CO 3, pH = 12-13) pentru spălare, pielea mâinilor a devenit foarte uscată și acoperită cu fisuri. Prin urmare, este foarte important să folosiți diverse produse cosmetice (geluri, creme, șampoane etc.) cu un pH apropiat de pH-ul natural al pielii.

EXPERIMENTE DE LABORATOR Nr. 1-3

Echipament: suport cu eprubete, pipetă.

Reactivi: apă, acid clor, soluții NaCl, NaOH, oțet de masă, indicator universal (soluție sau hârtie indicator), produse alimentare și cosmetice (de exemplu, lămâie, șampon, pastă de dinți, praf de spălat, băuturi carbogazoase, sucuri etc.) .

Norme de siguranță:

Pentru experimente, utilizați cantități mici de reactivi;

Aveți grijă să nu vă puneți reactivi pe piele sau pe ochi; Dacă intră o substanță caustică, spălați-o cu multă apă.

Determinarea ionilor de hidrogen și a ionilor de hidroxid în soluții. Stabilirea valorii aproximative a pH-ului apei, solutiilor alcaline si acide

1. Turnați 1-2 ml în cinci eprubete: în eprubeta nr. 1 - apă, nr. 2 - acid clor, nr. 3 - soluție de clorură de sodiu, nr. 4 - soluție de hidroxid de sodiu și nr. 5 - oțet de masă .

2. Adăugați 2-3 picături dintr-o soluție indicator universal în fiecare eprubetă sau coborâți hârtia indicator. Determinați pH-ul soluțiilor comparând culoarea indicatorului pe o scară standard. Trageți concluzii despre prezența cationilor de hidrogen sau a ionilor de hidroxid în fiecare eprubetă. Scrieți ecuațiile de disociere pentru acești compuși.

Studiul pH-ului produselor alimentare și cosmetice

Testați mostre de produse alimentare și cosmetice cu un indicator universal. Pentru a studia substanțele uscate, de exemplu, praful de spălat, acestea trebuie dizolvate într-o cantitate mică de apă (1 spatulă de substanță uscată la 0,5-1 ml de apă). Determinați pH-ul soluțiilor. Trageți concluzii despre aciditatea mediului în fiecare dintre produsele studiate.

Idee cheie

Întrebări de control

130. Prezența a ce ioni într-o soluție determină aciditatea acesteia?

131. Ce ioni se găsesc în exces în soluțiile acide? în alcalin?

132. Ce indicator descrie cantitativ aciditatea soluțiilor?

133. Care este valoarea pH-ului şi conţinutul de ioni H+ în soluţii: a) neutru; b) slab acid; c) usor alcalin; d) puternic acid; d) foarte alcalin?

Sarcini pentru stăpânirea materialului

134. O soluție apoasă a unei anumite substanțe are un mediu alcalin. Care ioni sunt mai prezenți în această soluție: H+ sau OH -?

135. Două eprubete conțin soluții de acid azotat și azotat de potasiu. Ce indicatori pot fi utilizați pentru a determina ce eprubetă conține o soluție de sare?

136. Trei eprubete conțin soluții de hidroxid de bariu, acid azotat și azotat de calciu. Cum să recunoști aceste soluții folosind un singur reactiv?

137. Din lista de mai sus, notează separat formulele substanţelor ale căror soluţii au mediu: a) acid; b) alcalin; c) neutru. NaCI, HCI, NaOH, HNO3, H3P04, H2S04, Ba(OH)2, H2S, KNO3.

138. Apa de ploaie are pH = 5,6. Ce înseamnă acest lucru? Ce substanță conținută în aer, atunci când este dizolvată în apă, determină aciditatea mediului?

139. Ce fel de mediu (acid sau alcalin): a) într-o soluție de șampon (pH = 5,5);

b) în sângele unei persoane sănătoase (pH = 7,4); c) în sucul gastric uman (pH = 1,5); d) în salivă (pH = 7,0)?

140. Cărbunele folosit în centralele termice conține compuși ai azotului și sulfului. Eliberarea în atmosferă a produselor de ardere a cărbunelui duce la formarea așa-numitelor ploi acide care conțin cantități mici de acizi nitrat sau sulfiți. Ce valori ale pH-ului sunt tipice pentru o astfel de apă de ploaie: mai mult de 7 sau mai puțin de 7?

141. Depinde pH-ul unei soluții de acid puternic de concentrația acestuia? Justificati raspunsul.

142. La o soluție care conține 1 mol hidroxid de potasiu s-a adăugat o soluție de fenolftaleină. Se va schimba culoarea acestei soluții dacă i se adaugă acid clorhidric în cantitate de substanță: a) 0,5 mol; b) 1 mol;

c) 1,5 mol?

143. Trei eprubete neetichetate conțin soluții incolore de sulfat de sodiu, hidroxid de sodiu și acid sulfat. Valoarea pH-ului a fost măsurată pentru toate soluțiile: în prima eprubetă - 2,3, în a doua - 12,6, în a treia - 6,9. Ce eprubetă conține ce substanță?

144. Elevul a cumpărat apă distilată de la farmacie. pH-metrul a arătat că valoarea pH-ului acestei ape a fost 6,0. Elevul a fiert apoi această apă mult timp, a umplut recipientul până la vârf cu apă fierbinte și a închis capacul. Când apa s-a răcit la temperatura camerei, pH-metrul a detectat o valoare de 7,0. După aceasta, elevul a trecut aer prin apă cu un pai, iar pH-metrul a arătat din nou 6,0. Cum pot fi explicate rezultatele acestor măsurători de pH?

145. De ce crezi că două sticle de oțet de la același producător pot conține soluții cu valori de pH ușor diferite?

Acesta este material de manual

VALOAREA DE HIDROGEN (PH). Una dintre cele mai importante proprietăți ale soluțiilor apoase este aciditatea (sau alcalinitatea), care este determinată de concentrația ionilor H + și OH – ( cm. DISOCIERE ELECTROLITICĂ. ELECTROLIȚI). Concentrațiile acestor ioni în soluții apoase sunt legate printr-o relație simplă = LA w ; (parantezele pătrate indică de obicei concentrația în unități de mol/l). Cantitatea Kw se numește produsul ionic al apei și este constantă la o anumită temperatură. Deci, la 0 o C este egal cu 0,11 H 10 –14, la 20 o C – 0,69 H 10 –14, iar la 100 o C – 55,0 H 10 –14. Sensul cel mai des folosit este K w la 25 o C, care este egal cu 1,00H 10 –14. În apa absolut pură, care nici măcar nu conține gaze dizolvate, concentrațiile ionilor H + și OH – sunt egale (soluția este neutră). În alte cazuri, aceste concentrații nu coincid: în soluțiile acide predomină ionii H +, în soluțiile alcaline predomină ionii OH –. Dar produsul lor în orice soluție apoasă este constant. Prin urmare, dacă creșteți concentrația unuia dintre acești ioni, concentrația celuilalt ion va scădea cu aceeași cantitate. Deci, într-o soluție de acid slab, în ​​care = 10 –5 mol/l, = 10 –9 mol/l, iar produsul lor este tot egal cu 10 –14. În mod similar, într-o soluție alcalină la = 3,7H 10 –3 mol/l = 10 –14 /3,7H 10 –3 = 2,7H 10 –11 mol/l.

Din cele de mai sus rezultă că aciditatea unei soluții poate fi exprimată fără ambiguitate indicând concentrația numai a ionilor de hidrogen în ea. De exemplu, în apă pură = 10 –7 mol/l. În practică, este incomod să operezi cu astfel de numere. În plus, concentrațiile de ioni H + în soluții pot diferi de sute de trilioane de ori - de la aproximativ 10–15 mol/l (soluții alcaline puternice) la 10 mol/l (acid clorhidric concentrat), care nu poate fi reprezentat pe niciun fel. grafic. Prin urmare, s-a convenit de mult timp că pentru concentrația ionilor de hidrogen într-o soluție trebuie indicat doar exponentul lui 10, luat cu semnul opus; Pentru a face acest lucru, concentrația ar trebui exprimată ca o putere de 10x, fără un multiplicator, de exemplu, 3,7H 10 –3 = 10 –2,43. (Pentru calcule mai precise, în special în soluții concentrate, activitățile lor sunt folosite în locul concentrației de ioni.) Acest exponent este numit exponent hidrogen și abreviat pH - de la denumirea de hidrogen și cuvântul german Potenz - grad matematic. Astfel, prin definiție, pH = –log[H + ]; această valoare poate varia în limite mici – doar de la –1 la 15 (și mai des – de la 0 la 14). În acest caz, o modificare a concentrației ionilor de H + de 10 ori corespunde unei modificări a pH-ului cu o unitate. Denumirea pH-ului a fost introdusă în uz științific în 1909 de către chimistul și biochimistul danez S.P.L. Sørensen, care la acea vreme studia procesele care au loc în timpul fermentației malțului de bere și dependența acestora de aciditatea mediului.

La temperatura camerei în soluții neutre pH = 7, în soluții acide pH< 7, а в щелочных рН >7. Valoarea aproximativă a pH-ului unei soluții apoase poate fi determinată folosind indicatori. De exemplu, metil portocaliu la pH< 3,1 имеет красный цвет, а при рН >4,4 – galben; turnesol la pH< 6,1 красный, а при рН >8 – albastru etc. Mai precis (până la sutimi de fracțiune) valoarea pH-ului poate fi determinată folosind dispozitive speciale - pH-metre. Astfel de dispozitive măsoară potențialul electric al unui electrod special scufundat într-o soluție; acest potențial depinde de concentrația ionilor de hidrogen din soluție și poate fi măsurat cu mare precizie.

Este interesant de comparat valorile pH-ului soluțiilor de diverși acizi, baze, săruri (la o concentrație de 0,1 mol/l), precum și ale unor amestecuri și obiecte naturale. Pentru compușii slab solubili marcați cu un asterisc, este dat pH-ul soluțiilor saturate.

Tabelul ne permite să facem o serie de observații interesante. Valorile pH-ului, de exemplu, indică imediat puterea relativă a acizilor și bazelor. O schimbare puternică a mediului neutru este, de asemenea, clar vizibilă ca urmare a hidrolizei sărurilor formate din acizi și baze slabe, precum și în timpul disocierii sărurilor acide.

Apa naturală are întotdeauna o reacție acidă (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.

Anumite valori ale pH-ului sunt extrem de importante pentru viața organismelor vii. Procesele biochimice din ele trebuie să aibă loc la o aciditate strict specificată. Catalizatori biologici - enzimele sunt capabile să lucreze numai în anumite limite ale pH-ului, iar atunci când depășesc aceste limite, activitatea lor poate scădea brusc. De exemplu, activitatea enzimei pepsine, care catalizează hidroliza proteinelor și astfel favorizează digestia alimentelor proteice în stomac, este maximă la valori ale pH-ului de aproximativ 2. Prin urmare, pentru o digestie normală este necesar ca sucul gastric. au valori ale pH-ului destul de scăzute: în mod normal 1,53–1 67. La un ulcer gastric, pH-ul scade la o medie de 1,48, iar la un ulcer duodenal poate ajunge chiar la 105. Valoarea exactă a pH-ului sucului gastric se determină prin examen intragastric (sondă de pH). Dacă o persoană are aciditate scăzută, medicul poate prescrie administrarea unei soluții slabe de acid clorhidric cu alimente, iar dacă există o aciditate ridicată, luați agenți antiacizi, de exemplu, hidroxizi de magneziu sau aluminiu. Interesant, dacă bei suc de lămâie, aciditatea sucului gastric... va scădea! Într-adevăr, o soluție de acid citric nu va face decât să dilueze acidul clorhidric mai puternic conținut în sucul gastric.

În celulele corpului pH-ul este de aproximativ 7, în lichidul extracelular este de 7,4. Terminațiile nervoase care se află în afara celulelor sunt foarte sensibile la modificările pH-ului. Atunci când țesuturile au loc leziuni mecanice sau termice, pereții celulari sunt distruși și conținutul lor ajunge la terminațiile nervoase. Ca urmare, persoana simte durere. Cercetătorul scandinav Olaf Lindahl a efectuat următorul experiment: folosind un injector special fără ace, un flux foarte subțire de soluție a fost injectat prin pielea unei persoane, care nu a deteriorat celulele, ci a acționat asupra terminațiilor nervoase. S-a demonstrat că cationii de hidrogen sunt cei care provoacă durere, iar pe măsură ce pH-ul soluției scade, durerea se intensifică. În mod similar, o soluție de acid formic, care este injectată sub piele de insecte înțepătoare sau urzici, „acționează direct asupra nervilor”. Diferitele valori ale pH-ului țesuturilor explică, de asemenea, de ce cu unele inflamații o persoană simte durere, iar cu altele - nu.

Interesant este că injectarea de apă curată sub piele a produs dureri deosebit de severe. Acest fenomen, ciudat la prima vedere, se explică astfel: atunci când celulele intră în contact cu apa curată ca urmare a presiunii osmotice, se rup, iar conținutul lor afectează terminațiile nervoase.

Valoarea pH-ului sângelui trebuie să rămână în limite foarte înguste; chiar si o usoara acidificare (acidoza) sau alcalinizare (alcaloza) poate duce la moartea organismului. Acidoza se observă în boli precum bronșită, insuficiență circulatorie, tumori pulmonare, pneumonie, diabet, febră, leziuni renale și intestinale. Alcoloza se observă cu hiperventilarea plămânilor (sau cu inhalarea de oxigen pur), cu anemie, intoxicații cu CO, isterie, tumoră pe creier, consum excesiv de bicarbonat de sodiu sau ape minerale alcaline și luarea de medicamente diuretice. Interesant este că pH-ul sângelui arterial ar trebui să fie în mod normal în intervalul 7,37–7,45, iar cel al sângelui venos – 7,34–7,43. Diverse microorganisme sunt, de asemenea, foarte sensibile la aciditatea mediului. Astfel, microbii patogeni se dezvoltă rapid într-un mediu ușor alcalin, în timp ce nu pot rezista într-un mediu acid. Prin urmare, pentru conservarea produselor (decapare, sărare) se folosesc, de regulă, soluții acide, adăugându-le oțet sau acizi alimentari. Selectarea corectă a pH-ului este, de asemenea, de mare importanță pentru procesele tehnologice chimice.

Menținerea valorii pH-ului dorită și împiedicarea acesteia să devieze vizibil într-o direcție sau alta atunci când condițiile se schimbă este posibilă prin utilizarea așa-numitelor soluții tampon (din engleză buff - soften shocks). Astfel de soluții sunt adesea un amestec de un acid slab și sarea acestuia sau o bază slabă și sarea acestuia. Astfel de soluții „rezistă”, în anumite limite (numite capacitate tampon), încearcă să-și modifice pH-ul. De exemplu, dacă încercați să acidificați ușor un amestec de acid acetic și acetat de sodiu, atunci ionii de acetat vor lega excesul de ioni H + în acid acetic ușor disociat, iar pH-ul soluției se va schimba cu greu (există o mulțime de ioni de acetat în soluția tampon, deoarece se formează ca urmare a disocierii complete acetat de sodiu). Pe de altă parte, dacă introduceți puțină alcali într-o astfel de soluție, excesul de ioni OH – va fi neutralizat de acid acetic menținând în același timp valoarea pH-ului. Alte soluții tampon acționează în mod similar, fiecare dintre ele menținând o anumită valoare a pH-ului. Soluțiile de săruri acide ale acidului fosforic și acizi organici slabi - oxalic, tartric, citric, ftalic etc. au, de asemenea, un efect de tamponare Valoarea specifică a pH-ului soluției tampon depinde de concentrația componentelor tampon. Astfel, tamponul acetat vă permite să mențineți pH-ul soluției în intervalul 3,8–6,3; fosfat (amestec de KH 2 PO 4 și Na 2 HPO 4) - în intervalul 4,8 - 7,0, borat (amestec de Na 2 B 4 O 7 și NaOH) - în intervalul 9,2-11 etc.

Multe lichide naturale au proprietăți de tamponare. Un exemplu este apa oceanică, ale cărei proprietăți de tamponare se datorează în mare parte dioxidului de carbon dizolvat și ionilor de bicarbonat HCO 3 -. Sursa acestora din urmă, pe lângă CO 2, sunt cantități uriașe de carbonat de calciu sub formă de scoici, cretă și sedimente de calcar din ocean. Interesant este că activitatea fotosintetică a planctonului, unul dintre principalii furnizori de oxigen ai atmosferei, duce la o creștere a pH-ului mediului. Acest lucru se întâmplă în conformitate cu principiul lui Le Chatelier, ca urmare a unei schimbări a echilibrului la absorbția dioxidului de carbon dizolvat: 2H + + CO 3 2 – “ H + + HCO 3 – “ H 2 CO 3 ” H 2 O + CO 2. Când CO 2 + H 2 O + hv ® 1/n(CH 2 O) n + O 2 este îndepărtat din soluție în timpul fotosintezei, echilibrul se deplasează spre dreapta și mediul devine mai alcalin. În celulele corpului, hidratarea CO 2 este catalizată de enzima anhidrază carbonică.

Lichidul celular și sângele sunt, de asemenea, exemple de soluții tampon naturale. Astfel, sângele conține aproximativ 0,025 mol/l dioxid de carbon, iar conținutul său la bărbați este cu aproximativ 5% mai mare decât la femei. Concentrația ionilor de bicarbonat în sânge este aproximativ aceeași (există și mai mulți la bărbați).

La testarea solului, pH-ul este una dintre cele mai importante caracteristici. Diferite soluri pot avea un pH de la 4,5 la 10. Valoarea pH-ului, în special, poate fi folosită pentru a evalua conținutul de nutrienți al solului, precum și ce plante pot crește cu succes într-un sol dat. De exemplu, creșterea fasolei, a salatei verde și a coacăzelor negre este împiedicată atunci când pH-ul solului este sub 6,0; varză – sub 5,4; meri – sub 5,0; cartofi - sub 4,9. Solurile acide sunt în general mai puțin bogate în nutrienți, deoarece sunt mai puțin capabile să rețină cationii metalici necesari plantelor. De exemplu, ionii de hidrogen care intră în sol înlocuiesc ionii de Ca2+ legați din acesta. Și ionii de aluminiu deplasați din rocile argiloase (aluminosilicat) în concentrații mari sunt toxici pentru culturile agricole.

Pentru dezoxidarea solurilor acide se folosește vararea - adăugând substanțe care leagă treptat excesul de acid. O astfel de substanță poate fi minerale naturale - cretă, calcar, dolomit, precum și var, zgură din plante metalurgice. Cantitatea de dezoxidant aplicată depinde de capacitatea tampon a solului. De exemplu, solul argilos de calcar necesită mai multe substanțe dezoxidante decât solul nisipos.

De mare importanță sunt măsurătorile pH-ului apei de ploaie, care poate fi destul de acidă datorită prezenței acizilor sulfuric și azotic în ea. Acești acizi se formează în atmosferă din oxizi de azot și sulf (IV), care sunt emiși cu deșeurile din numeroase industrii, transporturi, cazane și centrale termice. Se știe că ploaia acide cu o valoare scăzută a pH-ului (sub 5,6) distruge vegetația și lumea vie a corpurilor de apă. Prin urmare, pH-ul apei de ploaie este monitorizat constant.

Ilya Leenson

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 atunci 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 secvențial culoarea 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 atunci 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 secvențial culoarea 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

Valoarea pH-ului (factor pH) este o măsură a activității ionilor de hidrogen într-o soluție, care exprimă 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 într-un interval 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 lucrător fără experiență, 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 curățător de țevi, 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 acestea capătă un gust acru. Pentru a obține randamente maxime de înaltă calitate, pH-ul soluțiilor nutritive trebuie ajustat cu precizie.