pH стойност в кисела среда. Методи за определяне на pH на разтвори. Индикатори. Примери за решаване на проблеми
Помня:
Реакцията на неутрализация е реакция между киселина и основа, която произвежда сол и вода;
Под чиста вода химиците разбират химически чиста вода, която не съдържа никакви примеси или разтворени соли, т.е. дестилирана вода.
Киселинност на околната среда
За различни химични, промишлени и биологични процеси много важна характеристика е киселинността на разтворите, която характеризира съдържанието на киселини или основи в разтворите. Тъй като киселините и основите са електролити, съдържанието на Н+ или ОН - йони се използва за характеризиране на киселинността на средата.
В чистата вода и във всеки разтвор, заедно с частици от разтворени вещества, присъстват и H+ и OH - йони. Това се случва поради дисоциацията на самата вода. И въпреки че считаме водата за неелектролит, тя все пак може да се дисоциира: H 2 O ^ H+ + OH - . Но този процес се случва в много малка степен: в 1 литър вода само 1 йон се разпада на йони. 10 -7 mol молекули.
В киселинните разтвори в резултат на тяхната дисоциация се появяват допълнителни Н+ йони. В такива разтвори има значително повече H+ йони, отколкото OH - йони, образувани по време на лека дисоциация на водата, поради което тези разтвори се наричат киселинни (фиг. 11.1, вляво). Обикновено се казва, че такива разтвори имат кисела среда. Колкото повече H+ йони се съдържат в разтвора, толкова по-кисела е средата.
В алкални разтвори, в резултат на дисоциация, напротив, преобладават OH - йони, а H + катиони почти отсъстват поради незначителната дисоциация на водата. Средата на такива разтвори е алкална (фиг. 11.1, вдясно). Колкото по-висока е концентрацията на OH - йони, толкова по-алкална е средата на разтвора.
В разтвор на готварска сол броят на Н+ и ОН йони е еднакъв и равен на 1. 10 -7 mol в 1 литър разтвор. Такава среда се нарича неутрална (фиг. 11.1, център). Всъщност това означава, че разтворът не съдържа нито киселина, нито основа. Неутралната среда е характерна за разтвори на някои соли (образувани от основи и силни киселини) и много органични вещества. Чистата вода също има неутрална среда.
pH стойност
Ако сравним вкуса на кефира и лимоновия сок, можем спокойно да кажем, че лимоновият сок е много по-киселинен, т.е. киселинността на тези разтвори е различна. Вече знаете, че чистата вода също съдържа H+ йони, но киселият вкус на водата не се усеща. Това се дължи на твърде ниската концентрация на Н+ йони. Често не е достатъчно да се каже, че дадена среда е кисела или алкална, а е необходимо да се характеризира количествено.
Киселинността на средата се характеризира количествено с водородния показател рН (произнася се „п-пепел“), свързан с концентрацията
Водородни йони. Стойността на pH съответства на определено съдържание на водородни катиони в 1 литър разтвор. Чистата вода и неутралните разтвори съдържат 1 литър в 1 литър. 10 7 mol H+ йони, а стойността на pH е 7. В киселинните разтвори концентрацията на H+ катиони е по-голяма, отколкото в чистата вода, а в алкалните разтвори е по-малка. В съответствие с това стойността на стойността на рН се променя: в кисела среда тя варира от 0 до 7, а в алкална среда варира от 7 до 14. Датският химик Педер Сьоренсен за първи път предлага да се използва стойността на рН.
Може би сте забелязали, че стойността на pH е свързана с концентрацията на H+ йони. Определянето на pH е пряко свързано с изчисляването на логаритъм на число, което ще изучавате в часовете по математика в 11. клас. Но връзката между съдържанието на йони в разтвора и стойността на рН може да се проследи по следната схема:
Стойността на pH на водните разтвори на повечето вещества и естествените разтвори е в диапазона от 1 до 13 (фиг. 11.2).
Ориз. 11.2. pH стойност на различни естествени и изкуствени разтвори
Сьорен Педер Лауритс Сьоренсен
Датски физикохимик и биохимик, президент на Кралското датско дружество. Завършва университета в Копенхаген. На 31 години става професор в Датския политехнически институт. Ръководи престижната физикохимична лаборатория в пивоварната Carlsberg в Копенхаген, където прави основните си научни открития. Основната му научна дейност е посветена на теорията на разтворите: той въвежда понятието рН и изучава зависимостта на ензимната активност от киселинността на разтворите. За своите научни постижения Сьоренсен е включен в списъка на „100-те изключителни химици на 20-ти век“, но в историята на науката той остава преди всичко като учен, който въвежда понятията „pH“ и „pH-метрия“.
Определяне на средна киселинност
За определяне на киселинността на разтвора в лабораториите най-често се използва универсален индикатор (фиг. 11.3). По цвета му можете да определите не само наличието на киселина или основа, но и стойността на рН на разтвора с точност до 0,5. За по-точно измерване на pH има специални устройства - pH метри (фиг. 11.4). Те ви позволяват да определите pH на разтвора с точност от 0,001-0,01.
С помощта на индикатори или pH метри можете да наблюдавате как протичат химичните реакции. Например, ако хлоридната киселина се добави към разтвор на натриев хидроксид, ще настъпи реакция на неутрализация:
Ориз. 11.3. Универсален индикатор определя приблизителната стойност на pH
Ориз. 11.4. За измерване на рН на разтворите се използват специални устройства - рН метри: а - лабораторни (стационарни); b - преносим
В този случай разтворите на реагентите и реакционните продукти са безцветни. Ако в първоначалния алкален разтвор се постави рН метър електрод, тогава пълното неутрализиране на алкалите от киселината може да се съди по стойността на рН на получения разтвор.
Приложение на pH индикатор
Определянето на киселинността на разтворите е от голямо практическо значение в много области на науката, индустрията и други области на човешкия живот.
Еколозите редовно измерват pH на дъждовната вода, реките и езерата. Рязкото повишаване на киселинността на естествените води може да бъде следствие от атмосферно замърсяване или навлизане на промишлени отпадъци във водни тела (фиг. 11.5). Такива промени водят до смъртта на растения, риби и други обитатели на водни тела.
Водородният индекс е много важен за изучаване и наблюдение на процесите, протичащи в живите организми, тъй като в клетките протичат множество химични реакции. В клиничната диагностика се определя рН на кръвната плазма, урината, стомашния сок и др. (фиг. 11.6). Нормалното pH на кръвта е между 7,35 и 7,45. Дори малка промяна в pH на човешката кръв причинява сериозно заболяване, а при pH = 7,1 и по-ниско започват необратими промени, които могат да доведат до смърт.
За повечето растения киселинността на почвата е важна, така че агрономите предварително извършват анализи на почвата, определяйки тяхното pH (фиг. 11.7). Ако киселинността е твърде висока за определена култура, почвата се варува чрез добавяне на креда или вар.
В хранително-вкусовата промишленост киселинно-базовите индикатори се използват за контрол на качеството на хранителните продукти (фиг. 11.8). Например, нормалното pH за млякото е 6,8. Отклонението от тази стойност показва или наличието на чужди примеси, или неговото вкисване.
Ориз. 11.5. Влиянието на нивото на pH на водата в резервоарите върху жизнената активност на растенията в тях
Стойността на pH за козметиката, която използваме в ежедневието, е важна. Средното pH за човешката кожа е 5,5. Ако кожата влезе в контакт с продукти, чиято киселинност се различава значително от тази стойност, това ще доведе до преждевременно стареене на кожата, увреждане или възпаление. Беше забелязано, че перачките, които дълго време са използвали обикновен сапун за пране (pH = 8-10) или сода за пране (Na 2 CO 3, pH = 12-13) за дълго време за пране, кожата на ръцете им става много суха и се покрива с пукнатини. Затова е много важно да се използват различни козметични продукти (гелове, кремове, шампоани и др.) с pH, близко до естественото pH на кожата.
ЛАБОРАТОРНИ ОПИТИ № 1-3
Оборудване: поставка с епруветки, пипета.
Реактиви: вода, хлоридна киселина, разтвори на NaCl, NaOH, трапезен оцет, универсален индикатор (разтвор или индикаторна хартия), хранителни и козметични продукти (например лимон, шампоан, паста за зъби, прах за пране, газирани напитки, сокове и др.) .
Правила за безопасност:
За експерименти използвайте малки количества реагенти;
Внимавайте реактивите да не попаднат върху кожата или очите ви; Ако попадне разяждащо вещество, измийте го обилно с вода.
Определяне на водородни йони и хидроксидни йони в разтвори. Установяване на приблизителната стойност на pH на вода, алкални и киселинни разтвори
1. Налейте 1-2 ml в пет епруветки: в епруветка № 1 - вода, № 2 - хлоридна киселина, № 3 - разтвор на натриев хлорид, № 4 - разтвор на натриев хидроксид и № 5 - трапезен оцет .
2. Добавете 2-3 капки универсален индикаторен разтвор към всяка епруветка или спуснете индикаторната хартия. Определете pH на разтворите, като сравните цвета на индикатора по стандартна скала. Направете заключения за наличието на водородни катиони или хидроксидни йони във всяка епруветка. Напишете уравнения на дисоциация за тези съединения.
Изследване на pH на хранителни и козметични продукти
Тестови проби на хранителни и козметични продукти с универсален индикатор. За да се изследват сухи вещества, например прах за пране, те трябва да се разтворят в малко количество вода (1 шпатула сухо вещество на 0,5-1 ml вода). Определете рН на разтворите. Направете изводи за киселинността на средата във всеки от изследваните продукти.
Ключова идея
Контролни въпроси
130. Наличието на какви йони в разтвора определя неговата киселинност?
131. Какви йони се намират в излишък в киселинни разтвори? в алкална?
132. Какъв показател количествено описва киселинността на разтворите?
133. Каква е стойността на рН и съдържанието на Н+ йони в разтвори: а) неутрални; б) слабо кисела; в) слабоалкален; г) силно киселинни; г) силно алкална?
Задачи за усвояване на материала
134. Воден разтвор на определено вещество има алкална среда. Кои йони са повече в този разтвор: H+ или OH -?
135. Две епруветки съдържат разтвори на нитратна киселина и калиев нитрат. По какви индикатори може да се определи в коя епруветка има разтвор на сол?
136. Три епруветки съдържат разтвори на бариев хидроксид, нитратна киселина и калциев нитрат. Как да разпознаем тези разтвори с помощта на един реактив?
137. От горния списък запишете поотделно формулите на веществата, чиито разтвори имат среда: а) кисела; б) алкален; в) неутрален. NaCl, HCl, NaOH, HNO 3, H 3 PO 4, H 2 SO 4, Ba(OH) 2, H 2 S, KNO 3.
138. Дъждовната вода има pH = 5,6. Какво означава това? Какво вещество, съдържащо се във въздуха, когато е разтворено във вода, определя киселинността на околната среда?
139. Какъв вид среда (киселинна или алкална): а) в разтвор на шампоан (рН = 5,5);
б) в кръвта на здрав човек (pH = 7,4); в) в стомашен сок на човека (рН = 1,5); г) в слюнката (рН = 7,0)?
140. Въглищата, използвани в топлоелектрическите централи, съдържат съединения на азота и сярата. Изпускането на продукти от изгарянето на въглища в атмосферата води до образуването на така наречените киселинни дъждове, съдържащи малки количества нитратни или сулфитни киселини. Какви стойности на pH са типични за такава дъждовна вода: повече от 7 или по-малко от 7?
141. pH на разтвор на силна киселина зависи ли от концентрацията му? Обосновете отговора си.
142. Разтвор на фенолфталеин се добавя към разтвор, съдържащ 1 mol калиев хидроксид. Ще се промени ли цветът на този разтвор, ако към него се добави хлоридна киселина в количество вещество: а) 0,5 mol; б) 1 mol;
в) 1,5 mol?
143. Три немаркирани епруветки съдържат безцветни разтвори на натриев сулфат, натриев хидроксид и сулфатна киселина. За всички разтвори е измерена стойността на pH: в първата епруветка - 2,3, във втората - 12,6, в третата - 6,9. Коя епруветка какво вещество съдържа?
144. Ученикът купи дестилирана вода от аптеката. pH метърът показа, че pH стойността на тази вода е 6,0. След това ученикът варил тази вода дълго време, напълнил съда до горе с гореща вода и затворил капака. Когато водата се охлади до стайна температура, pH метърът отчита стойност 7,0. След това ученикът прокарва въздух през водата със сламка и pH метърът отново показва 6,0. Как могат да се обяснят резултатите от тези измервания на pH?
145. Защо мислите, че две бутилки оцет от един и същи производител могат да съдържат разтвори с леко различни стойности на pH?
Това е материал от учебника
Можете ли да си представите, че развитието на много болести зависи от една причина? Много диетолози и билкари сега описват тази скрита опасност с две думи: киселина и основа.
Високата киселинност разрушава най-важните системи в организма и той става беззащитен срещу болести. Балансираната pH среда осигурява нормални метаболитни процеси в организма, като му помага да се бори с болестите. Здравият организъм има резерв от алкални вещества, които използва при необходимост.
Какво е pH?
Съотношението на киселина и основа във всеки разтвор се нарича киселинно-базов баланс (ABC), въпреки че физиолозите смятат, че е по-правилно това съотношение да се нарича киселинно-алкално състояние. ASR се характеризира със специален pH индикатор (power Hidrogen - “водородна мощност”), който показва броя на водородните атоми в даден разтвор.При pH 7.0 говорим за неутрална среда.Колкото по-ниско е нивото на pH, толкова по-кисела среда (от 6,9 до 0). Алкалната среда има високо ниво на pH (от 7,1 до 14,0).
Човешкото тяло е 70% вода, така че водата е един от най-важните му компоненти. Човешкото тяло има определено киселинно-алкално съотношение, характеризиращо се със стойност на pH (водород). Стойността на pH зависи от съотношението между положително заредени йони (образуващи кисела среда) и отрицателно заредени йони (образуващи алкална среда). Човешкото тяло непрекъснато се стреми да балансира това съотношение, поддържайки строго определено ниво на pH. При нарушаване на баланса могат да възникнат много сериозни заболявания.
Проверете киселинно-алкалния си баланс с pH тест ленти
Много е важно да се обърне внимание навреме на промените в нивото на pH на вътрешната среда на тялото и, ако е необходимо, да се вземат спешни мерки.
Използвайки pH тест ленти, можете лесно, бързо и точно да определите нивото на pH, без да излизате от дома. Ако нивото на pH на урината ви варира между 6,0-6,4 сутрин и 6,4-7,0 вечер, тогава тялото ви функционира нормално. Ако нивото на pH в слюнката ви остава между 6,4-6,8 през целия ден, това също показва здравословното състояние на тялото ви. Най-оптималното ниво на рН на слюнката и урината е леко кисело, в диапазона 6,4-6,5.
Най-доброто време за определяне на вашето pH ниво е 1 час преди хранене или 2 часа след хранене. Проверявайте нивото на pH 2 пъти седмично 2-3 пъти на ден.
Незнанието на нивото на рН може да доведе до тежки последици.
А) Повишена киселинност в организма.
Дисбалансът в pH на тялото при повечето хора се проявява под формата на повишена киселинност (състояние на ацидоза). При това състояние тялото не усвоява минерали като калций, натрий, калий и магнезий, които поради повишена киселинност се изхвърлят от тялото. Жизненоважните органи страдат от липса на минерали. Ако ацидозата не бъде открита навреме, тя може да навреди на тялото незабелязано, но постоянно в продължение на няколко месеца и дори години. Злоупотребата с алкохол често води до ацидоза. Ацидозата може да възникне като усложнение на диабета.
Ацидозата може да причини следните проблеми:
- Заболявания на сърдечно-съдовата система, включително постоянен вазоспазъм и намалена концентрация на кислород в кръвта.
- Наддаване на тегло и диабет.
- Болести на бъбреците и пикочния мехур, образуване на камъни.
- Намален имунитет.
- Повишени вредни ефекти на свободните радикали, които могат да допринесат за туморогенеза.
- Чупливост на костите до фрактура на бедрото, както и други нарушения на опорно-двигателния апарат, като образуване на остеофити (шпори).
- Появата на болки в ставите и болки в мускулите, свързани с натрупването на млечна киселина.
- Обща слабост.
Б) Повишено съдържание на алкали в организма.
При повишено съдържание на алкали в организма, а това състояние се нарича алкалоза, както и при ацидоза, се нарушава усвояването на минералите. Храната се смила много по-бавно, което позволява на токсините да преминат от стомашно-чревния тракт в кръвта. Повишеното ниво на алкали в тялото е опасно и трудно се коригира. По правило това е резултат от употребата на лекарства, съдържащи алкали.
Резултатите от pH теста на урината показват колко добре тялото усвоява минерали като калций, натрий, калий и магнезий. Тези минерали се наричат "киселинни гасители", защото регулират нивото на киселинност в тялото. Ако киселинността е твърде висока, тялото не произвежда киселина. Трябва да неутрализира киселината. За да направи това, тялото започва да заема минерали от различни органи, кости и т.н. за да се неутрализира излишната киселина, която започва да се натрупва в тъканите. Така нивото на киселинност се регулира.
Минералите се използват за неутрализиране на киселини
В продължение на 7 години е проведено проучване в Калифорнийския университет (Сан Франциско), където са изследвани 9 хиляди жени. Резултатите показват, че при постоянно повишени нива на киселинност костите стават крехки. Специалистите, провели този експеримент, са убедени, че повечето от проблемите на жените на средна възраст са свързани с прекомерната консумация на месо и липсата на консумация на растителни храни. Следователно тялото няма друг избор, освен да вземе калций от собствените си кости и да го използва, за да регулира нивото на pH.
().
pH стойност на слюнката
Също така е рационално да се знае нивото на pH на слюнката. Резултатите от тестовете показват активността на ензимите в храносмилателния тракт, особено в черния дроб и стомаха. Този показател дава представа за работата както на целия организъм като цяло, така и на отделните му системи. Някои хора може да имат повишена киселинност както в урината, така и в слюнката – в този случай имаме работа с „двойна киселинност“.
Стойност на pH на кръвта
pH на кръвта е една от най-строгите физиологични константи в тялото. Обикновено този показател може да варира между 7.3b - 7.42. Изместването на този показател дори с 0,1 може да доведе до тежка патология.
Когато pH на кръвта се измести с 0,2, се развива кома, а с 0,3 човек умира.
Поддържайте правилния pH баланс за добро здраве
Тялото е в състояние правилно да абсорбира и съхранява минерали и хранителни вещества само при подходящо ниво на киселинно-алкален баланс. Във вашата власт е да помогнете на тялото си да получи, а не да загуби хранителни вещества. Например, желязото може да се абсорбира от тялото при pH 6,0-7,0, а йодът - при pH 6,3-6,6. Нашето тяло използва солна киселина, за да разгради храната. В процеса на жизнената дейност на организма са необходими както киселинни, така и алкални продукти на разпадане, като първите се образуват 20 пъти повече от вторите. Следователно защитните системи на организма, които осигуряват неизменността на неговата ASR, са „настроени“ предимно за неутрализиране и отстраняване преди всичко на киселинните продукти на разпадане.
Основните механизми за поддържане на този баланс са: кръвни буферни системи (карбонат, фосфат, протеин, хемоглобин), дихателна (белодробна) регулаторна система, бъбречна (отделителна система.
Във ваш интерес е да поддържате правилния pH баланс.
Дори „най-правилната“ програма за подбор на лечебни билки няма да работи ефективно, ако вашият рН баланс е дисбалансиран.
Как тялото управлява нивата на киселинност
|
 |
Какво да направите, ако pH балансът е нормален?
Отговорът е прост - да помогне за поддържането на този баланс в здравословна зона. Предлагаме програма, която подобрява pH баланса (с pH на урината и слюнката равно на 6,4).
- Ензими.
Без ензими тялото не е в състояние да регулира нивата на pH. Лекуват и подобряват храносмилането, повишава се усвояването на минерали (особено калций).
Например Протеаза плюс, ако се приема на празен стомах (между храненията), подобрява функционирането на червените кръвни клетки, премахва мъртвите клетки, унищожава мастните натрупвания, фрагменти от мъртви паразити, гъбички, вируси и бактерии, както и техните токсини, които се натрупват максимално в мастната тъкан. тъкан. Това е в основата на противовъзпалителния ефект на ензимите.
Калцият е най-важният минерал за регулиране на pH баланса.
Особено полезни са лекарствата
pH стойност (рН фактор)е мярка за активността на водородните йони в разтвор, изразяваща количествено неговата киселинност. Когато pH не е на оптимални нива, растенията започват да губят способността си да абсорбират някои от елементите, от които се нуждаят за здравословен растеж. Всички растения имат специфично ниво на pH, което им позволява да постигнат максимални резултати при отглеждане. Повечето растения предпочитат леко кисела среда на отглеждане (между 5,5-6,5).
Водороден индекс във формули
В много разредени разтвори стойността на pH е еквивалентна на концентрацията на водородни йони. Равен по величина и противоположен по знак на десетичния логаритъм на активността на водородните йони, изразен в молове на литър:
pH = -lg
При стандартни условия стойността на pH варира от 0 до 14. В чиста вода, при неутрално pH, концентрацията на H + е равна на концентрацията на OH - и е 1·10 -7 mol на литър. Максималната възможна стойност на pH се определя като сбор от pH и pOH и е равна на 14.
Противно на общоприетото схващане, pH може да варира не само в диапазона от 0 до 14, но може и да надхвърли тези граници. Например при концентрация на водородни йони = 10 −15 mol/l, pH = 15, при концентрация на хидроксидни йони 10 mol/l pOH = −1.
Важно е да се разбере! Скалата на pH е логаритмична, което означава, че всяка единица промяна се равнява на десетократна промяна в концентрацията на водородни йони. С други думи, разтвор с pH 6 е десет пъти по-киселинен от разтвор с pH 7, а разтвор с pH 5 ще бъде десет пъти по-кисел от разтвор с pH 6 и сто пъти по-киселинен от разтвор с pH 7. Това означава, че когато коригирате pH на вашия хранителен разтвор и трябва да промените pH с две точки (например от 7,5 на 5,5), трябва да използвате десет пъти повече pH регулатор, отколкото ако сте променили pH само с една точка (от 7,5 до 6,5).
Методи за определяне на рН
Няколко метода се използват широко за определяне на рН стойността на разтворите. Стойността на рН може да бъде приблизително оценена с помощта на индикатори, измерена точно с рН метър или определена аналитично чрез извършване на киселинно-алкално титруване.
Киселинно-алкални индикатори
За груба оценка на концентрацията на водородни йони широко се използват киселинно-алкални индикатори - органични багрилни вещества, чийто цвят зависи от pH на средата. Най-известните индикатори включват лакмус, фенолфталеин, метилоранж (метилоранж) и други. Индикаторите могат да съществуват в две различни оцветени форми - киселинна или основна. Промяната на цвета на всеки индикатор става в неговия собствен диапазон на киселинност, обикновено 1-2 единици.
Универсален индикатор
За разширяване на работния обхват на измерванията на pH се използва така нареченият универсален индикатор, който е смес от няколко индикатора. Универсалният индикатор последователно променя цвета си от червено през жълто, зелено, синьо до виолетово при преминаване от киселинната област към основната.
Разтворите на такива смеси - „универсални индикатори“ - обикновено се импрегнират с ленти от „индикаторна хартия“, с помощта на които можете бързо (с точност до pH единици или дори десети от pH) да определите киселинността на водните разтвори. в процес на проучване. За по-точно определяне цветът на индикаторната хартия, получен при прилагане на капка разтвор, веднага се сравнява с еталонната цветова скала, чийто външен вид е представен на изображенията.
Определянето на pH чрез индикаторния метод е трудно за мътни или оцветени разтвори.
Предвид факта, че оптималните стойности на pH за хранителни разтвори в хидропониката имат много тесен диапазон (обикновено от 5,5 до 6,5), използвам и други комбинации от индикатори. Например, нашият има работен диапазон и скала от 4.0 до 8.0, което прави такъв тест по-точен в сравнение с универсалната индикаторна хартия.
pH метър
Използването на специално устройство - pH метър - ви позволява да измервате pH в по-широк диапазон и по-точно (до 0,01 pH единици), отколкото с помощта на универсални индикатори. Методът е удобен и с висока точност, особено след калибриране на индикаторния електрод в избрания pH диапазон. Той ви позволява да измервате pH на непрозрачни и оцветени разтвори и затова се използва широко.
Аналитичен обемен метод
Аналитичният обемен метод - киселинно-алкално титруване - също дава точни резултати за определяне на киселинността на разтворите. Разтвор с известна концентрация (титрант) се добавя на капки към тестовия разтвор. Когато се смесят, възниква химическа реакция. Точката на еквивалентност - моментът, в който има точно достатъчно титрант за пълно завършване на реакцията - се записва с помощта на индикатор. След това, като се знае концентрацията и обема на добавения титратен разтвор, се изчислява киселинността на разтвора.
Влияние на температурата върху стойностите на pH
Стойността на рН може да се променя в широки граници с температурни промени. Така 0,001 моларен разтвор на NaOH при 20°C има pH=11,73, а при 30°C pH=10,83. Ефектът на температурата върху стойностите на pH се обяснява с различната дисоциация на водородните йони (H +) и не е експериментална грешка. Температурният ефект не може да бъде компенсиран от електрониката на pH метъра.
Регулиране на pH на хранителния разтвор
Подкисляване на хранителния разтвор
Хранителният разтвор обикновено трябва да се подкисли. Усвояването на йони от растенията води до постепенно алкализиране на разтвора. Всеки разтвор, който има pH 7 или по-високо, най-често ще трябва да се коригира до оптималното pH. Могат да се използват различни киселини за подкисляване на хранителния разтвор. Най-често използваните са сярна или фосфорна киселина. По-добро решение за хидропонни разтвори са буферните добавки като и. Тези продукти не само довеждат pH стойностите до оптимални нива, но и стабилизират стойностите за дълъг период от време.
Когато регулирате рН както с киселини, така и с основи, трябва да се носят гумени ръкавици, за да се избегне причиняването на изгаряния на кожата. Опитен химик умело борави с концентрирана сярна киселина, той добавя киселината капка по капка към водата. Но за начинаещи хидропонисти може би е по-добре да се свържете с опитен химик и да го помолите да приготви 25% разтвор на сярна киселина. Докато се добавя киселина, разтворът се разбърква и се определя неговото pH. След като разберете приблизителното количество сярна киселина, можете да я добавите от градуиран цилиндър.
Сярната киселина трябва да се добавя на малки порции, за да не се подкиселява твърде много разтворът, който след това ще трябва да се алкализира отново. За неопитен работник подкисляването и алкализацията могат да продължат безкрайно дълго. В допълнение към загубата на време и реагенти, подобно регулиране дисбалансира хранителния разтвор поради натрупването на ненужни за растенията йони.
Алкализиране на хранителния разтвор
Разтворите, които са твърде кисели, се алкализират с натриев хидроксид (натриев хидроксид). Както подсказва името му, това е разяждащо вещество, така че трябва да се използват гумени ръкавици. Препоръчително е да закупите натриев хидроксид под формата на хапчета. В магазините за битова химия натриевият хидроксид може да бъде закупен като почистващ препарат за дренажи, като например "Mole". Разтворете едно хапче в 0,5 литра вода и постепенно добавете алкалния разтвор към хранителния разтвор при непрекъснато разбъркване, като често проверявате рН. Никакви математически изчисления не могат да определят колко киселина или основа трябва да се добави в даден случай.
Ако искате да отглеждате няколко култури в една тава, трябва да ги изберете така, че не само оптималното им pH да съвпада, но и нуждите им от други фактори на растежа. Например жълтите нарциси и хризантемите изискват pH 6,8, но различни нива на влажност, така че не могат да се отглеждат в една и съща тава. Ако дадете на нарцисите същото количество влага като на хризантемите, луковиците на нарцисите ще изгният. При експерименти ревенът достига максимално развитие при pH 6,5, но може да расте дори при pH 3,5. Овесът, който предпочита рН около 6, дава добри добиви при рН 4, ако дозата азот в хранителния разтвор се увеличи значително. Картофите растат в доста широк диапазон на pH, но растат най-добре при pH 5,5. Под това pH също се получават високи добиви на грудки, но те придобиват кисел вкус. За да се получат максимални висококачествени добиви, рН на хранителните разтвори трябва да се регулира точно.
pH стойност- това е водороден индикатор, благодарение на който можете да определите колко свободни водородни йони се съдържат във воден разтвор. Когато различни соли се разтварят във вода или например при приготвяне на определен разтвор, киселинно-алкалният баланс се нарушава, след което е необходимо измерване на pH.
Не трябва обаче да се бъркат параметрите, които определят алкалността и киселинността на разтвора pH индикатор, тъй като има известна разлика между тях, но мнозина все още не забелязват тази разлика. pH стойноствсъщност той определя нивото на алкалност и киселинност на разтвора, но киселинността и алкалността на разтвора вече показват броя на съединенията, съдържащи се в разтвора и помагащи за неутрализиране на основата или киселината.
Скоростта на химичните реакции зависи пряко от нивото на pH.
В областта на приложенията на хидропониката контрол на pHдоста важно. влияние на pHвлияе както положително, така и отрицателно върху развитието на растенията. Тъй като неконтролираната му промяна във всяка посока може да доведе до много проблеми и дори до смъртта на растението, което често се случва.
В ежедневието pH концентрациятрябва да се поддържа в граници, така че да не влияе върху качеството на водата. Така питейната вода се характеризира с ниво на pH 6-9, от своя страна, за разтвори, които се използват в хидропониката, обикновено варира от 5,5 до 7,5.
Има ли нужда от систематично определяне на pH?
рН на водни разтвори- играе основна роля при определяне на производителността и свойствата на хидропонния разтвор. В края на краищата, при оптимално ниво на рН, растенията лесно абсорбират хранителни вещества, които са толкова необходими за успешното развитие и растеж.
Заслужава да се отбележи, че при намалени киселинност pHразтворът придобива неприятна характеристика - корозивна активност. Когато нивото pHповишено pH>11, разтворът има неприятна миризма. Трябва да се работи особено внимателно, тъй като може да раздразни кожата и очите на човек.
Трябва също така да се изясни, че няма идеални и постоянни pH индикатори. За определени видове растения тя трябва да бъде около 6,8 - 7,5, а за други култури - около 5,5 - 6,8.
Методи за контрол на pH
Има няколко доста често срещани метода за контрол pHфактор а: рН измерванеизползване на универсални индикатори: pH метър, лентиpH, .
Според някои експерти този метод на измерване, като лентите, изглежда малко груб pH тест.Състои се в използването на универсални индикатори, които са смес от няколко ленти с помощта на багрила, чийто цвят зависи пряко от киселинно-алкалната среда: от червено, леко докосващо жълто, след това зелено, синьо и накрая достигайки до лилаво. Този вид оцветяване възниква в резултат на прехода от киселинна към алкална област. Без значение колко универсален е този метод за контрол, той има един съществен недостатък: ph средасе променя значително, ако например разтворът има някакъв цвят или е мътен.
Ако, като метод за контрол рН на водни разтворити избра електронен ph метър(например или , в този случай можете да измерите ниво на pHв диапазона от 0,01 до 14. В резултат на това ще получите по-точна информация, отколкото ако използвате индикатори.
Функцията на това pH устройствосе основава на измервания на ЕМП на галванична верига, която в своя дизайн има стъклен електрод, чийто потенциал зависи пряко от концентрираното съдържание на H+ йони в конкретен разтвор. Този метод е много удобен, тъй като точността на устройството зависи пряко от навременното калибриране. С този метод е доста лесно определяне на pH на разтворав условията на неговата мътност или оцветяване. Всъщност, благодарение на това, този метод е един от най-популярните.
корекция на pH
За да намалите или увеличите киселинността на хидропонния разтвор, използвайте специални разтвори за понижаване или повишаване на pH. Внимавайте, необходими са само няколко капки на литър, за да смените разтвора.
Използване на pH Down и pH Up:
За да се измести pH нагоре или надолу, се използват специални разтвори.
В размер на 3 ml на 10 литра за изместване с 1 точка нагоре или надолу.
Например pH на водата ви е 4,0 и трябва да го повишите до 5,5. Прави се следното изчисление:
5.5-4.0=1.5x3=4.5 ml pH UP на 10 литра вода.
Изчислението е подобно за pH DOWN
Какво е tds?
TDS, ppM или pH на соли - общото съдържание на соли в разтвор
Струва си да се докосне до темата за минерализацията. Процес като минерализация е определянето на общото количество соли, съдържащи се в разтвора. Сред най-често срещаните трябва да се отбележат неорганичните соли. Те могат да бъдат хлориди, бикарбонати, сулфати на калий, калций, натрий, магнезий; също така могат да бъдат минимален брой органични съединения, които се разтварят във вода.
В ежедневното разбиране това е нивото на твърдост и мекота на водата.
ИзмерванеTDS
Най-лесният начин да измерите нивата на сол е да закупите солемер- . Това устройство определя ppm на разтвора за няколко секунди.
В Европа минерализацията обикновено се нарича по два начина: и Общо разтворени твърди вещества ( TDS). Това ще бъде преведено на руски като броят на разтворените частици. Единицата за определяне нивото на минерализация е 1 mg/l. Това е еквивалентен параметър за теглото на всички разтворени частици и елементи в милиграми, а именно соли, които се съдържат в един литър разтвор.
Нивото на експресия на минерализация може също да бъде показано в ppM. Това съкращение означава части на милион, което в превод на руски означава „части на милион“, т.е. колко частици сол са разтворени в 1 милион частици воден разтвор. Подобно съкращение може да се намери в някои европейски източници. Изглежда така: 1 mg/l = 1 ppm.
таблица за преобразуване на ppm в EC.
Стойността на pH играе важна роля за много химични и биологични трансформации, които се извършват както в лаборатории и в производството, така и в живите организми и околната среда. Броят на водородните йони не само влияе върху резултата от всяка реакция, но и върху възможността за нейното възникване. За поддържане на дадена стойност на pH се използват буферни разтвори. Тяхната задача е да поддържат това ниво при разреждане на разтвори или добавяне на киселини и основи към тях.
Стойността на pH на водата е един от показателите за качеството на водата за различни цели. В природата от това зависи развитието на растенията и агресивността на околната среда върху метални и бетонни конструкции. Трябва да се помни, че стойността на pH променя токсичността на замърсителите за организми, живеещи в реки, езера и водоеми.
pH стойност
Този параметър характеризира съдържанието на Н + йони в разтворите. Означава се pH. Математически, водородният показател е равен на реципрочната стойност на концентрацията Η + (С Н+, mol/l): pΗ = −logC Н+. Броят на H + йони във водата се определя от дисоциацията на молекулите на H 2 O, която се извършва съгласно израза: H 2 O<->H + + OH - .
Въпреки факта, че водата обикновено не се класифицира като електролит, тя е слабо дисоцииращо вещество. За него можем да запишем константата на дисоциация: K d = (C H+ ·C OH-)/C H2O. При t=22 °C стойността му е 1,8ˑ10 -16.
Тази цифра е толкова малка, че H + и OH - йоните във водата могат да бъдат пренебрегнати. Но в химията на разтвора стойността на рН се използва за създаване на скала на рН. Нека разгледаме значенията му.
pH скала
Може да се използва за количествено изразяване на киселинността на разтвор.
Водородният индекс на средата е лесен за изчисляване. Просто трябва да знаете концентрацията на водородни катиони и да използвате формулата: C n+ = 10 n, където n е стойността на рН с обратен знак. Например, концентрацията на H + в разтвор е C H + = 10 -5 mol/l. Тоест n = -5 и pH = 5.
pH стойности на някои среди и разтвори
Всичко в човешката среда има свои специфични pH стойности. Това помага на различните системи на тялото да се справят по-лесно със задачите си. Както знаете, за чистата неутрална вода pH стойността е 7. Човешката кожа обаче има леко кисела реакция. Тяхното рН=5,5. Този факт отчасти влияе върху външния вид на сухата кожа, когато тя влиза в чест контакт с вода. По-долу са дадени стойностите на pH за някои вещества.
Видове разтвори
Водните разтвори, както е посочено по-горе, могат да имат неутрална, кисела или алкална реакция. Фактът, че киселинността на даден разтвор се дължи на наличието на Н+ йони, а алкалността се дължи на ОН- йони, не означава, че те не съдържат други. В кисела среда може да се открие излишък от водородни йони, а в алкална среда - излишък от хидроксидни йони.
В неутралните разтвори водородният индекс е 7. Това означава, че концентрацията на Н + катиони в тях е 10 -7 mol/l, но в същото време съдържанието на хидроксидни аниони също е 10 -7 mol/l. С други думи, в неутралните разтвори няма излишък от Н+ или ОН- йони.
Йонно произведение на вода
Защо pH може да приема стойности от 1 до 14? За да отговорим на този въпрос, струва си да се върнем към израза на константата на дисоциация. След като го трансформираме, можем да запишем K d ·C H2O =C H+ ·C OH- . Стойността на Kd е известна и водата може лесно да се изчисли. Като се има предвид водата като разтвор на H 2 O в H 2 O, можете да разберете нейната моларна концентрация, като направите пропорцията: 18 g H 2 O - 1 mol, 1000 g H 2 O - x mol. Следователно x=1000/18=55,6 mol/l. Тази постоянна стойност се означава с Kw и се нарича йонен продукт на водата.
Тази стойност ни позволи да заключим, че pΗ + pOΗ = 14, което е отговорът на въпроса, зададен по-горе.
Киселинна среда
Всички силни киселини във водата се разпадат необратимо. Така солната киселина напълно се разлага на катиони Η + и хлоридни аниони Cl -: ΗCl = Η + + Cl -. Ако 1ˑ10 -2 mol ΗCl се добави към вода с обем 1 литър, тогава концентрацията на Η + йони също ще бъде равна на 1 . 10 -2 mol. Тоест за такъв разтвор рН стойността е 2.
Слабите киселини се дисоциират обратимо, тоест, както в случая с водата, някои от противоположно заредените йони се рекомбинират в киселинни молекули. Например, въглеродната киселина се разпада на следните йони: H 2 CO 3<->Η + + ΗCO 3 - . Не само че не всички молекули се разпадат, но тези, които се разпадат отново, образуват едно цяло. Следователно, за да се намери стойността на рН на киселините, се използва константата на дисоциация.
В допълнение, pH на разтвора може да се използва за индиректна оценка на силата на киселината: колкото по-голямо е, толкова по-ниска е стойността на pH.
Алкална среда
Когато основите се разтварят във вода, те започват да се дисоциират с появата на хидроксидни аниони. Те взаимодействат с H+ йони, които присъстват в неутрална чиста вода. Това води до намаляване на тяхната концентрация, тоест до повишаване на pH.
Например: NaOΗ = Na + + OΗ - ; Η + + OΗ - = Η 2 O.
В разтвор на натриев хидроксид с концентрация 1ˑ10 -2 mol/l се появяват 1ˑ10 -2 mol/l хидроксидни аниони. Концентрацията на Η + катиони в такъв разтвор ще бъде равна на 1ˑ10 -12 mol/l, а pΗ има стойност 12.
Във всички основни разтвори броят на H + катионите винаги е по-малък от 1ˑ10 -7 mol/l, а водородният индекс е по-голям от 7.
Определяне на pH чрез индикатори
Един от най-лесните начини за приблизително определяне на pH на разтвор е използването на универсални индикаторни ленти. Сравнявайки техния цвят, който се появява след потапяне в работния разтвор, с индикаторната скала, можете да оцените концентрацията на Η + йони. Универсален индикатор е смес от няколко вещества, която променя цвета си последователно от червено до лилаво (като дъга) с намаляване на киселинността.
Основните недостатъци на този метод са невъзможността за определяне на водородния индекс в оцветени или мътни разтвори, както и само приблизителна оценка на концентрацията на H + йони в разтвора.
За още по-грубо определяне на pH на средата се използват различни индикатори. Най-често използвани са лакмус, метилоранж, фенолфталеин и др. Чрез промяна на цвета им може да се установи само дали изследваният състав е кисел, алкален или неутрален.
рН измерване с уреди
Много по-точна стойност на концентрацията на H + йони и следователно pH на разтвора може да се намери с помощта на pH метър. Този метод на анализ се нарича потенциометричен. Основава се на измерване на потенциала на електрода и определяне на връзката между неговата стойност и концентрацията на компонента в изследвания разтвор. Електродният потенциал възниква поради електрохимичния процес, протичащ на границата метал-разтвор.
За извършване на измервания галваничният елемент се състои от две полуклетки с електроди, потенциалът на единия от които е предварително известен. След това се измерва ЕМП. Най-често определянето на водородния индекс във водни разтвори се извършва с помощта на сребърен хлорид и стъклени електроди. Първият от тях е референтният електрод. Стойността на втория потенциал зависи от концентрацията на Η + йони в разтвора.
Също така стойността на pH в лабораториите се определя колориметрично. Този метод се основава на способността на двуцветните индикатори да променят своя цвят или интензитет на цвета в зависимост от съдържанието на водородни катиони. Цветът, който се появява в разтвора, се сравнява със стандартна скала, която се съставя въз основа на данни за разтвори с известна стойност на pH.
Причини за измерване на pH
Те са както следва:
1. За производство на продукти със зададени свойства.По време на производствения процес отклоненията от технологичната стойност на pH могат да причинят смущения, водещи до промяна в характеристиките на продукта. Такива показатели могат да бъдат вкус или външен вид.
2. За намаляване на разходите.В някои индустрии добивът на продукта пряко или косвено зависи от pH на реакционната среда. Съответно, колкото по-висок е добивът на реакционния продукт, толкова по-ниска е цената му.
3. По причини, свързани с безопасността на труда или околната среда.Тъй като много съединения проявяват своите вредни свойства само при определено pH, е много важно да се контролира неговата стойност.
4. Да се осигури съответствие на продукта със стандартите. вМного нормативни документи, които стандартизират качеството на стоките, продуктите, лекарствата и т.н., имат списък от показатели, които трябва да спазват. Едно от тях е pH. По този начин неговата дефиниция допринася до известна степен за защитата на населението от вредни вещества.
5. За защита на оборудването.Повечето производствени съоръжения, които влизат в контакт с химикали, са податливи на корозия. Скоростта на неговото развитие зависи до голяма степен от стойностите на pH. С други думи, важно е да защитите производственото оборудване от ненужни повреди.
6. За изследователски цели.Нивото на pH е важно за изучаване на различни биохимични процеси. Измерва се и за медицински цели, за да се потвърди определена диагноза.
Математическа дефиниция на pH
За да се изчисли рН на разтвор, са необходими данни за моларната концентрация на анионните катиони Н + или ОН -. Ако те са известни, тогава можете веднага да използвате една от формулите:
- pΗ = - log[Η + ].
- pOΗ = -log.
- pΗ + pOΗ = 14.
Концентрацията на определен йон в mol/l в електролитен разтвор може лесно да се определи по уравнението:
C m йон = C m ˑαˑ⋅n, където:
C m ion и C m са съответно моларните концентрации на йона и електролита (mol/l).
α е степента на дисоциация.
n е броят йони от въпросния тип, който се образува при разпадането само на една молекула електролит.
Степента на дисоциация на слабите електролити може да се определи чрез закона за разреждане на Оствалд: α = √ (K d / C m).
Примери за решаване на проблеми
1. Необходимо е да се изчисли pH на 0,001 N разтвор на NaOH.
Разтвор: Тъй като натриевият хидроксид е силен електролит, неговата дисоциация във воден разтвор е необратима. Тя се изпълнява по уравнението: NaOΗ → Na + OΗ.
Нека използваме формулата C m йон = C m ˑαˑn. Да вземем степента на дисоциация равна на 1. Когато една молекула NaOH се разруши, се образува един OH- йон, което означава n=1. Според условията на задачата cm е известно и равно на 0,001 или 10 -3. Следователно C OH− =10 -3 ˑ1ˑ1=10 -3 .
Концентрацията на Н+ йони може да се определи от връзката K w = C H+ ·C OΗ- = 10 -14. Преобразувайки формулата, получаваме C H+ =K w /C OΗ- =10 -14 /10 -3 =10 -11. След това можем да изчислим водородния индекс: pH = -lg10 -11 =11.
Отговор: pH=11.
2. Необходимо е да се изчислят [H + ] и [OH-], ако pH = 4,3 в даден разтвор.
Решение: Най-лесният начин е първо да се намери концентрацията на водородни катиони: [H + ] = 10 -рΗ =10 -4,3 = 5ˑ10 -5 mol/l.
Удобно е да се намери концентрацията на хидроксидните аниони от съотношението на йонния продукт на водата: C OΗ- = K w / C Η+ =10 -14 /5ˑ10 -5 =2ˑ10 -10 mol/l.
Отговор: 5ˑ10 -5 mol/l и 2ˑ10 -10 mol/l.