Kom ihåg:

En neutraliseringsreaktion är en reaktion mellan en syra och en bas som producerar salt och vatten;

Med rent vatten förstår kemister kemiskt rent vatten som inte innehåller några föroreningar eller lösta salter, det vill säga destillerat vatten.

Miljöns surhet

För olika kemiska, industriella och biologiska processer är en mycket viktig egenskap lösningens surhet, vilket kännetecknar innehållet av syror eller alkalier i lösningar. Eftersom syror och alkalier är elektrolyter används halten H+ eller OH - joner för att karakterisera surheten i mediet.

I rent vatten och i valfri lösning, tillsammans med partiklar av lösta ämnen, finns också H+ och OH - joner. Detta sker på grund av dissociationen av själva vattnet. Och även om vi anser att vatten är en icke-elektrolyt, kan det ändå dissociera: H 2 O ^ H+ + OH - . Men denna process sker i mycket liten utsträckning: i 1 liter vatten bryts bara 1 jon ner till joner. 10-7 molekyler.

I sura lösningar, som ett resultat av deras dissociation, uppstår ytterligare H+-joner. I sådana lösningar finns det betydligt fler H+-joner än OH-joner som bildas på grund av lätt dissociation av vatten, därför kallas dessa lösningar för sura (Fig. 11.1, vänster). Det brukar sägas att sådana lösningar har en sur miljö. Ju fler H+-joner som finns i lösningen, desto surare är mediet.

I alkalilösningar, som ett resultat av dissociation, tvärtom dominerar OH - joner, och H + katjoner är nästan frånvarande på grund av obetydlig dissociation av vatten. Miljön för sådana lösningar är alkalisk (Fig. 11.1, höger). Ju högre koncentration av OH - joner, desto mer alkalisk är lösningsmiljön.

I en lösning av bordssalt är antalet H+- och OH-joner detsamma och lika med 1. 10 -7 mol i 1 liter lösning. Ett sådant medium kallas neutral (Fig. 11.1, mitten). Det betyder faktiskt att lösningen varken innehåller syra eller alkali. En neutral miljö är karakteristisk för lösningar av vissa salter (bildade av alkali och stark syra) och många organiska ämnen. Rent vatten har också en neutral miljö.

PH värde

Om vi ​​jämför smaken av kefir och citronsaft, kan vi säkert säga att citronsaft är mycket surare, d.v.s. surheten i dessa lösningar är annorlunda. Du vet redan att rent vatten även innehåller H+-joner, men vattnets sura smak känns inte. Detta beror på den för låga koncentrationen av H+-joner. Ofta räcker det inte att säga att ett medium är surt eller alkaliskt, utan det är nödvändigt att karakterisera det kvantitativt.

Mediets surhet kännetecknas kvantitativt av väteindikatorn pH (uttalas "p-ash"), associerad med koncentrationen

Vätejoner. pH-värdet motsvarar ett visst innehåll av vätekatjoner i 1 liter lösning. Rent vatten och neutrala lösningar innehåller 1 liter på 1 liter. 10 7 mol H+-joner, och pH-värdet är 7. I sura lösningar är koncentrationen av H+-katjoner större än i rent vatten, och i alkaliska lösningar är den mindre. I enlighet med detta ändras också pH-värdets värde: i en sur miljö varierar det från 0 till 7, och i en alkalisk miljö varierar det från 7 till 14. Användningen av pH-värdet föreslogs först av den danske kemisten Peder Sørensen.

Du kanske har märkt att pH-värdet är relaterat till koncentrationen av H+-joner. Att bestämma pH är direkt relaterat till att beräkna logaritmen för ett tal, som du kommer att studera i 11:e klass i matematik. Men förhållandet mellan innehållet av joner i lösningen och pH-värdet kan spåras enligt följande schema:

pH-värdet för vattenlösningar av de flesta ämnen och naturliga lösningar ligger i intervallet från 1 till 13 (Fig. 11.2).

Ris. 11.2. pH-värde för olika naturliga och konstgjorda lösningar

Søren Peder Laurits Sørensen

Dansk fysikalisk kemist och biokemist, ordförande för Royal Danish Society. Utexaminerad från Köpenhamns universitet. Vid 31 års ålder blev han professor vid Dansk Polyteknisk Institut. Han ledde det prestigefyllda fysikalisk-kemiska laboratoriet på Carlsberg-bryggeriet i Köpenhamn, där han gjorde sina viktigaste vetenskapliga upptäckter. Hans huvudsakliga vetenskapliga verksamhet ägnades åt teorin om lösningar: han introducerade begreppet pH-värde och studerade enzymaktivitetens beroende av lösningarnas surhet. För sina vetenskapliga prestationer inkluderades Sørensen i listan över "100 framstående kemister under 1900-talet", men i vetenskapshistorien förblev han främst som vetenskapsmannen som introducerade begreppen "pH" och "pH-metri."

Bestämning av medium surhet

För att bestämma surheten hos en lösning i laboratorier används oftast en universell indikator (Fig. 11.3). Genom sin färg kan du bestämma inte bara närvaron av syra eller alkali, utan också lösningens pH-värde med en noggrannhet på 0,5. För att mäta pH mer exakt finns det speciella enheter - pH-mätare (Fig. 11.4). De låter dig bestämma pH för en lösning med en noggrannhet på 0,001-0,01.

Med hjälp av indikatorer eller pH-mätare kan du övervaka hur kemiska reaktioner fortskrider. Till exempel, om kloridsyra tillsätts till en lösning av natriumhydroxid, kommer en neutraliseringsreaktion att inträffa:

Ris. 11.3. En universell indikator bestämmer det ungefärliga pH-värdet

Ris. 11.4. För att mäta pH i lösningar används speciella enheter - pH-mätare: a - laboratorium (stationär); b - bärbar

I detta fall är lösningar av reagens och reaktionsprodukter färglösa. Om en pH-meterelektrod placeras i den initiala alkalilösningen, kan den fullständiga neutraliseringen av alkalin av syran bedömas av pH-värdet för den resulterande lösningen.

Tillämpning av pH-indikator

Att bestämma surhetsgraden i lösningar är av stor praktisk betydelse inom många områden av vetenskap, industri och andra områden av mänskligt liv.

Ekologer mäter regelbundet pH i regnvatten, floder och sjöar. En kraftig ökning av surhetsgraden i naturliga vatten kan vara en följd av luftföroreningar eller att industriavfall tränger in i vattendrag (Fig. 11.5). Sådana förändringar innebär att växter, fiskar och andra invånare i vattendrag dör.

Väteindexet är mycket viktigt för att studera och observera processer som sker i levande organismer, eftersom många kemiska reaktioner äger rum i celler. I klinisk diagnostik bestäms pH i blodplasma, urin, magsaft etc. (Fig. 11.6). Normalt pH i blodet är mellan 7,35 och 7,45. Även en liten förändring av pH i mänskligt blod orsakar allvarlig sjukdom, och vid pH = 7,1 och lägre börjar irreversibla förändringar som kan leda till döden.

För de flesta växter är markens surhet viktig, så agronomer gör jordanalyser i förväg och bestämmer deras pH (bild 11.7). Om surheten är för hög för en viss gröda kalkas jorden genom att tillsätta krita eller kalk.

Inom livsmedelsindustrin används syra-basindikatorer för att kontrollera kvaliteten på livsmedelsprodukter (Fig. 11.8). Till exempel är det normala pH-värdet för mjölk 6,8. Avvikelse från detta värde indikerar antingen närvaron av främmande föroreningar eller dess försurning.

Ris. 11.5. Inverkan av pH-nivån i vatten i reservoarer på den vitala aktiviteten hos växter i dem

pH-värdet för kosmetika som vi använder i vardagen är viktigt. Det genomsnittliga pH-värdet för mänsklig hud är 5,5. Om huden kommer i kontakt med produkter vars surhet avviker avsevärt från detta värde kommer detta att leda till för tidigt åldrande av huden, skada eller inflammation. Det märktes att tvätterskor som använde vanlig tvättsåpa (pH = 8-10) eller tvättläsk (Na 2 CO 3, pH = 12-13) under lång tid för att tvätta, huden på händerna blev mycket torr och täckt med sprickor. Därför är det mycket viktigt att använda olika kosmetika (geler, krämer, schampon etc.) med ett pH nära hudens naturliga pH.

LABORATORIEEXPERIMENT Nr 1-3

Utrustning: ställ med provrör, pipett.

Reagenser: vatten, kloridsyra, NaCl, NaOH-lösningar, bordsvinäger, universell indikator (lösning eller indikatorpapper), mat och kosmetiska produkter (till exempel citron, schampo, tandkräm, tvättpulver, kolsyrade drycker, juicer, etc. .) .

Säkerhets regler:

För experiment, använd små mängder reagens;

Var försiktig så att du inte får reagens på huden eller ögonen; Om ett frätande ämne kommer in, tvätta bort det med mycket vatten.

Bestämning av vätejoner och hydroxidjoner i lösningar. Fastställande av det ungefärliga pH-värdet för vatten, alkaliska och sura lösningar

1. Häll 1-2 ml i fem provrör: i provrör nr 1 - vatten, nr 2 - kloridsyra, nr 3 - natriumkloridlösning, nr 4 - natriumhydroxidlösning och nr 5 - bordsvinäger .

2. Tillsätt 2-3 droppar av en universell indikatorlösning till varje provrör eller sänk ned indikatorpapperet. Bestäm pH för lösningar genom att jämföra färgen på indikatorn på en standardskala. Dra slutsatser om förekomsten av vätekatjoner eller hydroxidjoner i varje provrör. Skriv dissociationsekvationer för dessa föreningar.

Studie av pH i livsmedel och kosmetiska produkter

Testa prover av livsmedel och kosmetiska produkter med en universell indikator. För att studera torra ämnen, till exempel tvättpulver, måste de lösas i en liten mängd vatten (1 spatel torrsubstans per 0,5-1 ml vatten). Bestäm pH för lösningar. Dra slutsatser om surheten i miljön i var och en av de studerade produkterna.

Nyckelidé

Kontrollfrågor

130. Närvaron av vilka joner i en lösning avgör dess surhet?

131. Vilka joner finns i överskott i sura lösningar? i alkaliskt?

132. Vilken indikator beskriver kvantitativt surheten hos lösningar?

133. Vad är pH-värdet och innehållet av H+-joner i lösningar: a) neutrala; b) svagt sur; c) lätt alkalisk; d) starkt sur; d) mycket alkaliskt?

Uppdrag för att bemästra materialet

134. En vattenlösning av ett visst ämne har ett alkaliskt medium. Vilka joner är mer närvarande i denna lösning: H+ eller OH -?

135. Två provrör innehåller lösningar av nitratsyra och kaliumnitrat. Vilka indikatorer kan användas för att avgöra vilket provrör som innehåller en saltlösning?

136. Tre provrör innehåller lösningar av bariumhydroxid, nitratsyra och kalciumnitrat. Hur känner man igen dessa lösningar med ett reagens?

137. Från listan ovan, skriv separat ned formlerna för ämnen vars lösningar har ett medium: a) surt; b) alkalisk; c) neutral. NaCl, HCl, NaOH, HNO3, H3PO4, H2SO4, Ba(OH)2, H2S, KNO3.

138. Regnvatten har pH = 5,6. Vad betyder det här? Vilket ämne som finns i luften, när det löses i vatten, bestämmer surheten i miljön?

139. Vilken typ av miljö (sur eller alkalisk): a) i en schampolösning (pH = 5,5);

b) i blodet hos en frisk person (pH = 7,4); c) i human magsaft (pH = 1,5); d) i saliv (pH = 7,0)?

140. Kol som används i värmekraftverk innehåller föreningar av kväve och svavel. Utsläpp av kolförbränningsprodukter till atmosfären leder till att det bildas så kallat surt regn som innehåller små mängder nitrat- eller sulfitsyror. Vilka pH-värden är typiska för sådant regnvatten: mer än 7 eller mindre än 7?

141. Beror pH i en lösning av en stark syra på dess koncentration? Motivera ditt svar.

142. En lösning av fenolftalein sattes till en lösning innehållande 1 mol kaliumhydroxid. Kommer färgen på denna lösning att ändras om kloridsyra tillsätts till den i mängden ämne: a) 0,5 mol; b) 1 mol;

c) 1,5 mol?

143. Tre omärkta provrör innehåller färglösa lösningar av natriumsulfat, natriumhydroxid och sulfatsyra. pH-värdet mättes för alla lösningar: i det första provröret - 2,3, i det andra - 12,6, i det tredje - 6,9. Vilket provrör innehåller vilket ämne?

144. Eleven köpte destillerat vatten på apoteket. pH-mätaren visade att detta vattens pH-värde var 6,0. Eleven kokade sedan detta vatten länge, fyllde behållaren till toppen med varmt vatten och stängde locket. När vattnet svalnat till rumstemperatur detekterade pH-mätaren ett värde på 7,0. Efter detta förde eleven luft genom vattnet med ett sugrör, och pH-mätaren visade återigen 6,0. Hur kan resultaten av dessa pH-mätningar förklaras?

145. Varför tror du att två flaskor vinäger från samma tillverkare kan innehålla lösningar med lite olika pH-värden?

Detta är läroboksmaterial

VÄTEVÄRDE (PH). En av de viktigaste egenskaperna hos vattenlösningar är deras surhet (eller alkalinitet), som bestäms av koncentrationen av H + och OH - joner ( centimeter. ELEKTROLYTISK DISSOCIATION. ELEKTROLYTER). Koncentrationerna av dessa joner i vattenlösningar är relaterade till ett enkelt förhållande = TILL w; (hakparenteser anger vanligtvis koncentration i enheter av mol/l). Kvantiteten Kw kallas för jonprodukten av vatten och är konstant vid en given temperatur. Så vid 0 o C är det lika med 0,11 H 10 –14, vid 20 o C – 0,69 H 10 –14 och vid 100 o C – 55,0 H 10 –14. Den vanligaste betydelsen är K w vid 25 o C, vilket är lika med 1.00H 10 –14. I absolut rent vatten, som inte ens innehåller lösta gaser, är koncentrationerna av H + och OH – joner lika (lösningen är neutral). I andra fall sammanfaller inte dessa koncentrationer: i sura lösningar dominerar H + joner, i alkaliska lösningar dominerar OH - joner. Men deras produkt i vilken vattenlösning som helst är konstant. Därför, om du ökar koncentrationen av en av dessa joner, kommer koncentrationen av den andra jonen att minska med samma mängd. Så, i en svag syralösning, där = 10 –5 mol/l, = 10 –9 mol/l, och deras produkt fortfarande är lika med 10 –14. På liknande sätt, i en alkalisk lösning vid = 3,7H 10 –3 mol/l = 10 –14 /3,7H 10 –3 = 2,7H 10 –11 mol/l.

Av ovanstående följer att surheten i en lösning entydigt kan uttryckas genom att ange koncentrationen av endast vätejoner i den. Till exempel i rent vatten = 10 –7 mol/l. I praktiken är det obekvämt att arbeta med sådana nummer. Dessutom kan koncentrationerna av H+-joner i lösningar skilja sig hundratals biljoner gånger - från cirka 10–15 mol/l (starka alkalilösningar) till 10 mol/l (koncentrerad saltsyra), vilket inte kan avbildas på någon Graf. Därför har man länge varit överens om att för koncentrationen av vätejoner i en lösning bör endast exponenten av 10, taget med motsatt tecken, anges; För att göra detta bör koncentrationen uttryckas som en potens av 10x, utan en multiplikator, till exempel 3,7H 10 –3 = 10 –2,43. (För mer exakta beräkningar, särskilt i koncentrerade lösningar, används deras aktiviteter istället för koncentrationen av joner.) Denna exponent kallas väteexponenten, och förkortas pH - från beteckningen väte och det tyska ordet Potenz - matematisk grad. Således, per definition, pH = –log[H + ]; detta värde kan variera inom små gränser – endast från –1 till 15 (och oftare – från 0 till 14). I det här fallet motsvarar en förändring av koncentrationen av H+-joner med 10 gånger en förändring i pH med en enhet. pH-beteckningen infördes i vetenskapligt bruk 1909 av den danske fysikaliska kemisten och biokemisten S.P.L. Sørensen, som vid den tiden studerade de processer som inträffade under jäsningen av ölmalt och deras beroende av mediets surhet.

Vid rumstemperatur i neutrala lösningar pH = 7, i sura lösningar pH< 7, а в щелочных рН >7. Det ungefärliga pH-värdet för en vattenlösning kan bestämmas med hjälp av indikatorer. Till exempel metylorange vid pH< 3,1 имеет красный цвет, а при рН >4,4 – gul; lackmus vid pH< 6,1 красный, а при рН >8 – blå, etc. Mer exakt (upp till hundradelar av en bråkdel) kan pH-värdet bestämmas med hjälp av speciella enheter - pH-mätare. Sådana anordningar mäter den elektriska potentialen hos en speciell elektrod nedsänkt i en lösning; denna potential beror på koncentrationen av vätejoner i lösningen och kan mätas med hög noggrannhet.

Det är intressant att jämföra pH-värdena för lösningar av olika syror, baser, salter (vid en koncentration av 0,1 mol/l), såväl som vissa blandningar och naturliga föremål. För svårlösliga föreningar markerade med en asterisk anges pH för mättade lösningar.

Tabellen ger oss möjlighet att göra ett antal intressanta observationer. pH-värden anger till exempel omedelbart den relativa styrkan av syror och baser. En stark förändring i den neutrala miljön är också tydligt synlig som ett resultat av hydrolysen av salter som bildas av svaga syror och baser, såväl som under dissociationen av sura salter.

Naturligt vatten har alltid en sur reaktion (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.

Vissa pH-värden är extremt viktiga för levande organismers liv. Biokemiska processer i dem måste ske vid en strikt specificerad surhet. Biologiska katalysatorer - enzymer kan endast arbeta inom vissa pH-gränser, och när de går över dessa gränser kan deras aktivitet minska kraftigt. Till exempel är aktiviteten av enzymet pepsin, som katalyserar hydrolysen av proteiner och därmed främjar matsmältningen av proteinmat i magen, maximal vid pH-värden på cirka 2. För normal matsmältning är det därför nödvändigt att magsaften har ganska låga pH-värden: normalt 1,53–1. Vid magsår sjunker pH-värdet till i genomsnitt 1,48, och med duodenalsår kan det till och med nå 105. Det exakta pH-värdet för magsaft bestäms genom intragastrisk undersökning (pH-sond). Om en person har låg surhet, kan läkaren ordinera att ta en svag lösning av saltsyra med mat, och om det finns ökad surhet, ta antacida medel, till exempel magnesium- eller aluminiumhydroxider. Intressant nog, om du dricker citronsaft kommer surheten i magsaften att minska! En lösning av citronsyra späder faktiskt bara ut den starkare saltsyran som finns i magsaften.

I kroppens celler är pH cirka 7, i den extracellulära vätskan är det 7,4. Nervändar som är utanför celler är mycket känsliga för förändringar i pH. När mekanisk eller termisk skada uppstår på vävnader, förstörs cellväggar och deras innehåll når nervändarna. Som ett resultat känner personen smärta. Den skandinaviske forskaren Olaf Lindahl genomförde följande experiment: med hjälp av en speciell nålfri injektor injicerades en mycket tunn ström av lösning genom huden på en person, som inte skadade cellerna, utan verkade på nervändarna. Det har visat sig att det är vätekatjoner som orsakar smärta och när pH-värdet i lösningen sjunker intensifieras smärtan. På liknande sätt "verkar en lösning av myrsyra, som injiceras under huden av stickande insekter eller nässlor, direkt på nerverna." De olika pH-värdena i vävnader förklarar också varför en person med vissa inflammationer känner smärta, och med andra - inte.

Intressant nog gav injicering av rent vatten under huden särskilt svår smärta. Detta fenomen, märkligt vid första anblicken, förklaras på följande sätt: när celler kommer i kontakt med rent vatten till följd av osmotiskt tryck, spricker de och deras innehåll påverkar nervändarna.

Blodets pH-värde bör hållas inom mycket snäva gränser; även en lätt försurning (acidos) eller alkalisering (alkalos) kan leda till att organismen dör. Acidos observeras vid sjukdomar som bronkit, cirkulationssvikt, lungtumörer, lunginflammation, diabetes, feber, njur- och tarmskador. Alkolos observeras med hyperventilering av lungorna (eller med inandning av rent syre), med anemi, CO-förgiftning, hysteri, hjärntumör, överdriven konsumtion av bakpulver eller alkaliskt mineralvatten och med diuretika. Intressant nog bör pH i arteriellt blod normalt vara i intervallet 7,37–7,45, och det för venöst blod bör vara 7,34–7,43. Olika mikroorganismer är också mycket känsliga för surheten i miljön. Patogena mikrober utvecklas alltså snabbt i en lätt alkalisk miljö, samtidigt som de inte tål en sur miljö. Därför, för att konservera (betning, saltning) produkter, används som regel sura lösningar, som tillsätter vinäger eller matsyror till dem. Rätt val av pH är också av stor betydelse för kemiska tekniska processer.

Att bibehålla önskat pH-värde och förhindra att det märkbart avviker åt ena eller andra hållet när förhållandena förändras är möjligt genom att använda så kallade buffertlösningar (från engelska buff - soften shocks). Sådana lösningar är ofta en blandning av en svag syra och dess salt eller en svag bas och dess salt. Sådana lösningar "motstår", inom vissa gränser (kallad buffertkapacitet), försök att ändra deras pH. Om du till exempel försöker surgöra en blandning av ättiksyra och natriumacetat något, kommer acetatjoner att binda överskott av H+-joner till lätt dissocierade ättiksyra, och lösningens pH kommer knappast att förändras (det finns många acetatjoner i buffertlösningen, eftersom de bildas som ett resultat av fullständig dissociation av natriumacetat). Å andra sidan, om man för in lite alkali i en sådan lösning kommer överskottet av OH – joner att neutraliseras av ättiksyra samtidigt som pH-värdet bibehålls. Andra buffertlösningar fungerar på liknande sätt, var och en av dem bibehåller ett specifikt pH-värde. Lösningar av sura salter av fosforsyra och svaga organiska syror - oxalsyra, vinsyra, citronsyra, ftalsyra etc. har också en buffrande effekt Buffertlösningens specifika pH-värde beror på koncentrationen av buffertkomponenterna. Således tillåter acetatbufferten dig att bibehålla lösningens pH i intervallet 3,8–6,3; fosfat (blandning av KH 2 PO 4 och Na 2 HPO 4) - i intervallet 4,8 - 7,0, borat (blandning av Na 2 B 4 O 7 och NaOH) - i intervallet 9,2-11, etc.

Många naturliga vätskor har buffrande egenskaper. Ett exempel är havsvatten, vars buffrande egenskaper till stor del beror på löst koldioxid och bikarbonatjoner HCO 3 -. Källan till det senare, förutom CO 2, är enorma mängder kalciumkarbonat i form av snäckskal, krita och kalkstenssediment i havet. Intressant nog leder den fotosyntetiska aktiviteten hos plankton, en av huvudleverantörerna av syre till atmosfären, till en ökning av miljöns pH. Detta sker i enlighet med Le Chateliers princip som ett resultat av en förskjutning i jämvikt vid absorption av löst koldioxid: 2H + + CO 3 2 – “ H + + HCO 3 – “ H 2 CO 3 “ H 2 O + CO 2. När CO 2 + H 2 O + hv ® 1/n(CH 2 O) n + O 2 avlägsnas från lösningen under fotosyntesen skiftar jämvikten åt höger och miljön blir mer alkalisk. I kroppens celler katalyseras hydreringen av CO 2 av enzymet kolsyraanhydras.

Cellvätska och blod är också exempel på naturliga buffertlösningar. Blodet innehåller alltså cirka 0,025 mol/l koldioxid och dess halt hos män är cirka 5 % högre än hos kvinnor. Koncentrationen av bikarbonatjoner i blodet är ungefär densamma (det finns också fler av dem hos män).

När man testar jord är pH en av de viktigaste egenskaperna. Olika jordar kan ha ett pH från 4,5 till 10. Speciellt pH-värdet kan användas för att bedöma jordens näringsinnehåll, samt vilka växter som kan växa framgångsrikt i en given jord. Till exempel hämmas tillväxten av bönor, sallad och svarta vinbär när jordens pH är under 6,0; kål - under 5,4; äppelträd – under 5,0; potatis – under 4,9. Sura jordar är i allmänhet mindre näringsrika eftersom de har mindre förmåga att behålla de metallkatjoner som växter behöver. Till exempel tränger vätejoner som kommer in i jorden undan bundna Ca 2+-joner från den. Och aluminiumjoner som förskjuts från lerhaltiga (aluminatsilikat) bergarter i höga koncentrationer är giftiga för jordbruksgrödor.

För att deoxidera sura jordar används kalkning - tillsätter ämnen som gradvis binder överskottssyra. Ett sådant ämne kan vara naturliga mineraler - krita, kalksten, dolomit, såväl som kalk, slagg från metallurgiska växter. Mängden deoxidationsmedel som appliceras beror på jordens buffertkapacitet. Till exempel kräver kalkning av lerjord mer deoxiderande ämnen än sandjord.

Av stor betydelse är mätningar av regnvattens pH, som kan vara ganska surt på grund av närvaron av svavelsyra och salpetersyror i det. Dessa syror bildas i atmosfären från kväve- och svaveloxider (IV), som släpps ut med avfall från många industrier, transporter, pannhus och värmekraftverk. Det är känt att surt regn med ett lågt pH-värde (mindre än 5,6) förstör växtlighet och vattenmassor. Därför övervakas regnvattnets pH ständigt.

Ilya Leenson

Väteindexet - pH - är ett mått på aktiviteten (i fallet med utspädda lösningar, reflekterar koncentrationen) av vätejoner i en lösning, kvantitativt uttrycker dess surhet, beräknat som den negativa (tagen med motsatt tecken) decimallogaritmen av aktiviteten av vätejoner, uttryckt i mol per liter.

pH = – log

Detta koncept introducerades 1909 av den danske kemisten Sørensen. Indikatorn kallas pH, efter de första bokstäverna i de latinska orden potentia hydrogeni - styrkan av väte, eller pondus hydrogenii - vikten av väte.

Det omvända pH-värdet är något mindre utbrett - en indikator på lösningens basicitet, pOH, lika med den negativa decimallogaritmen för koncentrationen av OH-joner i lösningen:

рОН = – logga

I rent vatten vid 25°C är koncentrationerna av vätejoner () och hydroxidjoner () desamma och uppgår till 10 -7 mol/l, detta följer direkt av autoprotolyskonstanten för vatten K w, som annars kallas för jonisk produkt av vatten:

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

pH + pH = 14

När koncentrationerna av båda typerna av joner i en lösning är desamma, sägs lösningen vara neutral. När en syra tillsätts vatten ökar koncentrationen av vätejoner, och koncentrationen av hydroxidjoner minskar på motsvarande sätt när en bas tillsätts, tvärtom ökar halten av hydroxidjoner, och koncentrationen av vätejoner minskar. När > sägs lösningen vara sur, och när > är den alkalisk.

pH-bestämning

Flera metoder används i stor utsträckning för att bestämma pH-värdet för lösningar.

1) pH-värdet kan uppskattas ungefärligt med hjälp av indikatorer, noggrant mätt med en pH-mätare, eller bestämmas analytiskt genom att utföra syra-bastitrering.

För att grovt uppskatta koncentrationen av vätejoner används syra-basindikatorer i stor utsträckning - organiska färgämnen, vars färg beror på mediets pH. De mest kända indikatorerna inkluderar lackmus, fenolftalein, metylorange (metylorange) och andra. Indikatorer kan finnas i två olika färgade former - antingen sura eller basiska. Färgförändringen för varje indikator sker i sitt eget surhetsintervall, vanligtvis 1-2 enheter (se tabell 1, lektion 2).

För att utöka arbetsområdet för pH-mätningar används en så kallad universell indikator, som är en blandning av flera indikatorer. Den universella indikatorn ändrar färg sekventiellt från rött till gult, grönt, blått till violett när man flyttar från en sur region till en alkalisk. Att bestämma pH med indikatormetoden är svårt för grumliga eller färgade lösningar.

2) Den analytiska volumetriska metoden - syra-bastitrering - ger också korrekta resultat för bestämning av den totala surheten i lösningar. En lösning med känd koncentration (titrant) tillsätts droppvis till testlösningen. När de blandas uppstår en kemisk reaktion. Ekvivalenspunkten - det ögonblick då det finns exakt tillräckligt med titrant för att fullständigt fullborda reaktionen - registreras med hjälp av en indikator. Sedan, med kännedom om koncentrationen och volymen av den tillsatta titrantlösningen, beräknas lösningens totala surhet.

Miljöns surhetsgrad är viktig för många kemiska processer, och möjligheten eller resultatet av en viss reaktion beror ofta på miljöns pH. För att bibehålla ett visst pH-värde i reaktionssystemet under laboratorieforskning eller i produktion används buffertlösningar, som gör det möjligt att hålla ett nästan konstant pH-värde vid utspädning eller när små mängder syra eller alkali tillsätts lösningen.

pH-värdet används i stor utsträckning för att karakterisera syra-basegenskaperna hos olika biologiska medier (tabell 2).

Reaktionsmediets surhet är av särskild betydelse för biokemiska reaktioner som förekommer i levande system. Koncentrationen av vätejoner i en lösning påverkar ofta de fysikalisk-kemiska egenskaperna och den biologiska aktiviteten hos proteiner och nukleinsyror, därför är upprätthållande av syra-bas-homeostas en uppgift av exceptionell betydelse för kroppens normala funktion. Dynamiskt underhåll av det optimala pH-värdet för biologiska vätskor uppnås genom inverkan av buffertsystem.

3) Användningen av en speciell enhet - en pH-mätare - gör att du kan mäta pH i ett bredare intervall och mer exakt (upp till 0,01 pH-enheter) än att använda indikatorer, är bekvämt och mycket exakt, gör att du kan mäta pH för ogenomskinlig och färgade lösningar och används därför i stor utsträckning.

Med hjälp av en pH-mätare mäts koncentrationen av vätejoner (pH) i lösningar, dricksvatten, livsmedel och råvaror, miljöobjekt och produktionssystem för kontinuerlig övervakning av tekniska processer, även i aggressiva miljöer.

En pH-mätare är oumbärlig för hårdvaruövervakning av pH-lösningar för separering av uran och plutonium, när kraven på korrekthet av utrustningsavläsningar utan kalibrering är extremt höga.

Enheten kan användas i stationära och mobila laboratorier, inklusive fältlaboratorier, såväl som kliniska diagnostiska, kriminaltekniska, forsknings- och produktionslaboratorier, inklusive kött-, mejeri- och bageriindustrin.

På senare tid har pH-mätare också använts i stor utsträckning i akvariegårdar, som övervakar vattenkvaliteten i hushållsförhållanden, jordbruk (särskilt inom hydrokultur) och även för att övervaka hälsodiagnostik.

Tabell 2. pH-värden för vissa biologiska system och andra lösningar

Väteindexet - pH - är ett mått på aktiviteten (i fallet med utspädda lösningar, reflekterar koncentrationen) av vätejoner i en lösning, kvantitativt uttrycker dess surhet, beräknat som den negativa (tagen med motsatt tecken) decimallogaritmen av aktiviteten av vätejoner, uttryckt i mol per liter.

pH = – log

Detta koncept introducerades 1909 av den danske kemisten Sørensen. Indikatorn kallas pH, efter de första bokstäverna i de latinska orden potentia hydrogeni - styrkan av väte, eller pondus hydrogenii - vikten av väte.

Det omvända pH-värdet är något mindre utbrett - en indikator på lösningens basicitet, pOH, lika med den negativa decimallogaritmen för koncentrationen av OH-joner i lösningen:

рОН = – logga

I rent vatten vid 25°C är koncentrationerna av vätejoner () och hydroxidjoner () desamma och uppgår till 10 -7 mol/l, detta följer direkt av autoprotolyskonstanten för vatten K w, som annars kallas för jonisk produkt av vatten:

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

pH + pH = 14

När koncentrationerna av båda typerna av joner i en lösning är desamma, sägs lösningen vara neutral. När en syra tillsätts vatten ökar koncentrationen av vätejoner, och koncentrationen av hydroxidjoner minskar på motsvarande sätt när en bas tillsätts, tvärtom ökar halten av hydroxidjoner, och koncentrationen av vätejoner minskar. När > sägs lösningen vara sur, och när > är den alkalisk.

pH-bestämning

Flera metoder används i stor utsträckning för att bestämma pH-värdet för lösningar.

1) pH-värdet kan uppskattas ungefärligt med hjälp av indikatorer, noggrant mätt med en pH-mätare, eller bestämmas analytiskt genom att utföra syra-bastitrering.

För att grovt uppskatta koncentrationen av vätejoner används syra-basindikatorer i stor utsträckning - organiska färgämnen, vars färg beror på mediets pH. De mest kända indikatorerna inkluderar lackmus, fenolftalein, metylorange (metylorange) och andra. Indikatorer kan finnas i två olika färgade former - antingen sura eller basiska. Färgförändringen för varje indikator sker i sitt eget surhetsintervall, vanligtvis 1-2 enheter (se tabell 1, lektion 2).

För att utöka arbetsområdet för pH-mätningar används en så kallad universell indikator, som är en blandning av flera indikatorer. Den universella indikatorn ändrar färg sekventiellt från rött till gult, grönt, blått till violett när man flyttar från en sur region till en alkalisk. Att bestämma pH med indikatormetoden är svårt för grumliga eller färgade lösningar.

2) Den analytiska volumetriska metoden - syra-bastitrering - ger också korrekta resultat för bestämning av den totala surheten i lösningar. En lösning med känd koncentration (titrant) tillsätts droppvis till testlösningen. När de blandas uppstår en kemisk reaktion. Ekvivalenspunkten - det ögonblick då det finns exakt tillräckligt med titrant för att fullständigt fullborda reaktionen - registreras med hjälp av en indikator. Sedan, med kännedom om koncentrationen och volymen av den tillsatta titrantlösningen, beräknas lösningens totala surhet.

Miljöns surhetsgrad är viktig för många kemiska processer, och möjligheten eller resultatet av en viss reaktion beror ofta på miljöns pH. För att bibehålla ett visst pH-värde i reaktionssystemet under laboratorieforskning eller i produktion används buffertlösningar, som gör det möjligt att hålla ett nästan konstant pH-värde vid utspädning eller när små mängder syra eller alkali tillsätts lösningen.

pH-värdet används i stor utsträckning för att karakterisera syra-basegenskaperna hos olika biologiska medier (tabell 2).

Reaktionsmediets surhet är av särskild betydelse för biokemiska reaktioner som förekommer i levande system. Koncentrationen av vätejoner i en lösning påverkar ofta de fysikalisk-kemiska egenskaperna och den biologiska aktiviteten hos proteiner och nukleinsyror, därför är upprätthållande av syra-bas-homeostas en uppgift av exceptionell betydelse för kroppens normala funktion. Dynamiskt underhåll av det optimala pH-värdet för biologiska vätskor uppnås genom inverkan av buffertsystem.

3) Användningen av en speciell enhet - en pH-mätare - gör att du kan mäta pH i ett bredare intervall och mer exakt (upp till 0,01 pH-enheter) än att använda indikatorer, är bekvämt och mycket exakt, gör att du kan mäta pH för ogenomskinlig och färgade lösningar och används därför i stor utsträckning.

Med hjälp av en pH-mätare mäts koncentrationen av vätejoner (pH) i lösningar, dricksvatten, livsmedel och råvaror, miljöobjekt och produktionssystem för kontinuerlig övervakning av tekniska processer, även i aggressiva miljöer.

En pH-mätare är oumbärlig för hårdvaruövervakning av pH-lösningar för separering av uran och plutonium, när kraven på korrektheten av utrustningsavläsningar utan kalibrering är extremt höga.

Enheten kan användas i stationära och mobila laboratorier, inklusive fältlaboratorier, såväl som kliniska diagnostiska, kriminaltekniska, forsknings- och produktionslaboratorier, inklusive kött-, mejeri- och bageriindustrin.

På senare tid har pH-mätare också använts i stor utsträckning i akvariegårdar, som övervakar vattenkvaliteten i hushållsförhållanden, jordbruk (särskilt inom hydrokultur) och även för att övervaka hälsodiagnostik.

Tabell 2. pH-värden för vissa biologiska system och andra lösningar

PH värde (pH-faktor)är ett mått på aktiviteten av vätejoner i en lösning, kvantitativt uttrycker dess surhet. När pH inte är på optimala nivåer, börjar växter att förlora förmågan att absorbera några av de element de behöver för en sund tillväxt. Alla växter har en specifik pH-nivå som gör att de kan uppnå maximala resultat när de växer. De flesta växter föredrar en något sur växtmiljö (mellan 5,5-6,5).

Väteindex i formler

I mycket utspädda lösningar är pH ekvivalent med koncentrationen av vätejoner. Lika i storlek och motsatt i tecken till decimallogaritmen för aktiviteten av vätejoner, uttryckt i mol per liter:

pH = -lg

Under standardförhållanden sträcker sig pH-värdet från 0 till 14. I rent vatten, vid neutralt pH, är koncentrationen av H + lika med koncentrationen av OH - och är 1·10 -7 mol per liter. Det högsta möjliga pH-värdet definieras som summan av pH och pOH och är lika med 14.

I motsats till vad många tror kan pH variera inte bara i intervallet från 0 till 14, utan kan också gå över dessa gränser. Till exempel, vid en vätejonkoncentration = 10 −15 mol/l, pH = 15, vid en hydroxidjonkoncentration av 10 mol/l pOH = −1.

Det är viktigt att förstå! pH-skalan är logaritmisk, vilket innebär att varje enhetsförändring motsvarar en tiofaldig förändring i koncentrationen av vätejoner. Med andra ord, en lösning med pH 6 är tio gånger surare än en lösning med pH 7, och en lösning med pH 5 kommer att vara tio gånger surare än en lösning med pH 6 och hundra gånger surare än en lösning med pH 7. Det betyder att när du justerar pH i din näringslösning och du behöver ändra pH med två punkter (till exempel från 7,5 till 5,5) måste du använda tio gånger mer pH-justerare än om du bara ändrade pH med en poäng (från 7,5 till 6,5 ).

Metoder för att bestämma pH-värde

Flera metoder används i stor utsträckning för att bestämma pH-värdet för lösningar. pH-värdet kan uppskattas ungefärligt med hjälp av indikatorer, mätas noggrant med en pH-mätare, eller bestämmas analytiskt genom att utföra syra-bastitrering.

Syra-basindikatorer

För att grovt uppskatta koncentrationen av vätejoner används syra-basindikatorer i stor utsträckning - organiska färgämnen, vars färg beror på mediets pH. De mest kända indikatorerna inkluderar lackmus, fenolftalein, metylorange (metylorange) och andra. Indikatorer kan finnas i två olika färgade former - antingen sura eller basiska. Färgförändringen för varje indikator sker i sitt eget surhetsintervall, vanligtvis 1-2 enheter.

Universell indikator

För att utöka arbetsområdet för pH-mätningar används en så kallad universell indikator, som är en blandning av flera indikatorer. Den universella indikatorn ändrar färg sekventiellt från rött till gult, grönt, blått till violett när man flyttar från det sura området till det basiska.

Lösningar av sådana blandningar - "universella indikatorer" - är vanligtvis impregnerade med remsor av "indikatorpapper", med hjälp av vilka du snabbt (med en noggrannhet av pH-enheter, eller till och med tiondelar av pH) kan bestämma surheten i vattenlösningarna under studie. För en mer exakt bestämning jämförs färgen på indikatorpapperet som erhålls vid applicering av en droppe lösning omedelbart med referensfärgskalan, vars utseende visas i bilderna.

Att bestämma pH med indikatormetoden är svårt för grumliga eller färgade lösningar.

Med tanke på det faktum att de optimala pH-värdena för näringslösningar inom hydrokultur har ett mycket smalt intervall (vanligtvis från 5,5 till 6,5), använder jag också andra kombinationer av indikatorer. Vår har till exempel ett arbetsområde och en skala från 4,0 till 8,0, vilket gör ett sådant test mer exakt i jämförelse med universalindikatorpapper.

PH-mätare

Användningen av en speciell enhet - en pH-mätare - gör att du kan mäta pH i ett bredare område och mer exakt (upp till 0,01 pH-enheter) än att använda universella indikatorer. Metoden är bekväm och mycket exakt, särskilt efter kalibrering av indikatorelektroden i det valda pH-området. Den låter dig mäta pH i ogenomskinliga och färgade lösningar och används därför i stor utsträckning.

Analytisk volumetrisk metod

Den analytiska volumetriska metoden - syra-bastitrering - ger också exakta resultat för att bestämma surheten i lösningar. En lösning med känd koncentration (titrant) tillsätts droppvis till testlösningen. När de blandas uppstår en kemisk reaktion. Ekvivalenspunkten - det ögonblick då det finns exakt tillräckligt med titrant för att fullständigt fullborda reaktionen - registreras med hjälp av en indikator. Därefter, med kännedom om koncentrationen och volymen av den tillsatta titrantlösningen, beräknas surheten hos lösningen.

Temperaturens inverkan på pH-värden

pH-värdet kan ändras över ett brett område med temperaturförändringar. Således har en 0,001 molar lösning av NaOH vid 20°C pH=11,73 och vid 30°C pH=10,83. Temperaturens inverkan på pH-värden förklaras av olika dissociation av vätejoner (H+) och är inte ett experimentellt fel. Temperatureffekten kan inte kompenseras av pH-mätarens elektronik.

Justering av näringslösningens pH

Försurning av näringslösningen

Näringslösningen måste vanligtvis surgöras. Absorptionen av joner av växter orsakar en gradvis alkalisering av lösningen. Varje lösning som har ett pH på 7 eller högre kommer oftast att behöva justeras till sitt optimala pH. Olika syror kan användas för att surgöra näringslösningen. De vanligaste är svavelsyra eller fosforsyra. En bättre lösning för hydroponiska lösningar är bufferttillsatser som och. Dessa produkter ger inte bara pH-värden till optimala nivåer, utan stabiliserar också värden under en lång period.

Vid justering av pH med både syror och alkalier, bör gummihandskar användas för att undvika brännskador på huden. En erfaren kemist hanterar koncentrerad svavelsyra på ett skickligt sätt. Men för nybörjare hydroponister är det kanske bättre att kontakta en erfaren kemist och be honom att förbereda en 25% lösning av svavelsyra. Under tillsats av syra omrörs lösningen och dess pH bestäms. När du vet den ungefärliga mängden svavelsyra kan du sedan lägga till den från en graderad cylinder.

Svavelsyra måste tillsättas i små portioner för att inte surgöra lösningen för mycket, som sedan måste alkaliseras igen. För en oerfaren arbetare kan försurning och alkalisering fortsätta på obestämd tid. Förutom att slösa tid och reagens, obalanserar sådan reglering näringslösningen på grund av ackumulering av joner som är onödiga för växter.

Alkalisera näringslösningen

Lösningar som är för sura görs alkaliska med natriumhydroxid (natriumhydroxid). Som namnet antyder är det ett frätande ämne, så gummihandskar måste användas. Det rekommenderas att köpa natriumhydroxid i pillerform. I hushållskemikalier kan natriumhydroxid köpas som avloppsrengörare, till exempel "Mole". Lös upp ett piller i 0,5 liter vatten och tillsätt gradvis den alkaliska lösningen till näringslösningen under konstant omrörning, kontrollera ofta dess pH. Ingen mängd matematiska beräkningar kan avgöra hur mycket syra eller alkali som ska tillsättas i ett givet fall.

Om du vill odla flera grödor i en bricka måste du välja dem så att inte bara deras optimala pH sammanfaller, utan också deras behov av andra tillväxtfaktorer. Till exempel kräver gula påskliljor och krysantemum ett pH på 6,8 men olika luftfuktighetsnivåer, så de kan inte odlas i samma bricka. Om du ger påskliljor lika mycket fukt som krysantemum kommer påskliljorna att ruttna. I experiment nådde rabarber maximal utveckling vid pH 6,5, men kunde växa även vid pH 3,5. Havre, som föredrar ett pH på cirka 6, ger goda skördar vid ett pH på 4 om dosen av kväve i näringslösningen höjs kraftigt. Potatis växer över ett ganska brett pH-område, men de växer bäst vid ett pH på 5,5. Under detta pH erhålls också höga knölskördar, men de får en syrlig smak. För att få maximal avkastning av hög kvalitet måste näringslösningarnas pH justeras noggrant.