Valoarea pH-ului

Model: DISPLAYTITLE: valoare pH Der Valoarea pH-ului este o măsură a puterii efectului acid sau bazic al unei soluții apoase. Ca mărime logaritmică, aceasta este definită de logaritmul decadic înmulțit cu -1 (= "logaritm") al concentrației ionilor de oxoniu (mai precis: activitatea ionului de oxoniu). Termenul derivă din ondus Hydrogenii sau otentia Hydrogenii (latină pondus, n. = greutate; potentia, f. = forță; hidrogen, n. = hidrogen).

pH-ului este

Pe baza constantei de disociere a apei kDiss = c (H +) c (OH -) = 10 −14 mol 2/litru 2, intervalele de valori sunt împărțite în:

  • pH 7 corespunde unei soluții alcaline (efect de bază)

Totuși, acest lucru se aplică numai apei pure și soluțiilor diluate la 25 ° C.

Alte cunoștințe de specialitate recomandate

Inspecție vizuală zilnică a balanțelor de laborator

Performanță mai mare de cântărire în 6 pași simpli

8 pași către o cântare curată - și 5 soluții pentru a o menține curată

Cuprins

Măsurarea valorii pH-ului

Valoarea pH-ului unei soluții poate fi determinată folosind diferite metode:

Galvanometrie

Majoritatea contoarelor de pH disponibile comercial se bazează pe acest principiu. O bilă de membrană de sticlă umplută cu soluție de clorură de potasiu este scufundată în lichidul de măsurat. Datorită tendinței ionilor de hidrogen de a se acumula în straturi subțiri pe suprafața sticlei, o tensiune galvanică se acumulează în interiorul sferei. Se creează o celulă galvanică, a cărei forță electromotivă este măsurată în raport cu un electrod de referință care este independent de ionii de hidrogen (vezi electrodul de pH).

Măsurarea cu tranzistoare cu efect de câmp sensibil la ioni (ISFET)

Similar electrodului de sticlă, ionii de hidrogen acumulează un potențial pe membrana sensibilă a porții a tranzistorului, care apoi influențează permeabilitatea curentă a tranzistorului și poate fi astfel implementată folosind tehnologia de măsurare.

Colorimetrie bazată pe reacția unui colorant indicator

Valorile medii ale pH-ului unor soluții comune Valoarea pH-ului substanței Art
Acidul bateriei 1.0 furios
Acidul stomacului (stomacul gol) 1,0-1,5
Suc de lămâie 2.4
cola 2-3
Suc de fructe Morello 2.7
oţet 2.9
Suc de portocale și mere 3.5
Vin 4.0
Lapte acru 4.5
bere 4.5-5.0
ploaie acidă 8,3 = albastru), fenolftaleină (pH 10,0 = roz), metil portocaliu (pH 4,4 = galben) și albastru bromotimol (pH 7,6 = albastru).

definiție

Pentru acizi foarte puternici (valoare pks

În acest caz, activitatea este definită de potențialul chimic și, prin urmare, este adimensională. Cu toate acestea, această definiție a pH-ului este rar utilizată în calcule simple. Mai degrabă, din motive de simplificare, ne mulțumim cu aproximarea că activitatea oxoniului pentru soluțiile diluate este setată egală cu concentrația ionilor oxoniu (în mol/dm 3):

La fel ca activitățile, valoarea pH-ului este, de asemenea, o cantitate adimensională.

Cu toate acestea, pentru acizii slabi se aplică ecuația Henderson-Hasselbalch.

Analog cu valoarea pH-ului, poate fi definită și o valoare pOH, care la rândul său reprezintă logaritmul decadic al activității OH - înmulțit cu -1; activitatea OH - este măsurată în mol/dm³.

Cele două valori sunt legate de echilibrul autoprotolizei:

Logaritmul activității apei este aproximativ egal cu zero aici, deoarece activitatea apei pentru soluțiile diluate este aproximativ egală cu una și, prin urmare, dispare. Constanta de echilibru este de 10 −14 în condiții normale, deci relația dintre valoarea pH și pOH este:

PH-ul altor solvenți

Un fel de „pH” este și pentru alții protic Solvenții (adică cei care pot transfera protoni) definesc și se bazează, de asemenea, pe autoprotoliza acestor solvenți. Răspunsul general este:

2LH LH2 + + L - (formulare generală a autoprotolizei)

  • LH2 + = ion Lyonium
  • L - = ion liat

Constanta de echilibru K aici este în general mai mică decât cea a produsului ionic al apei.

Valoarea pH-ului este apoi definită după cum urmează (indicele p indică faptul că soluțiile nu sunt apoase, ci protice):

pHp = -lg [LH2 +]

Câteva exemple de autoprotoliză
acid formic (anhidru) 2HCOOH HCOOH2 + + HCOO -
amoniac 2NH3 NH2 - + NH4 +
Acid acetic glacial 2CH3COOH CH3COO - + CH3COOH2 +
Etanol 2C2H5OH C2H5OH2 + + C2H5O -

Relația cu acizii și bazele

Dacă acizii sunt dizolvați în apă, ei disociază ionii de hidrogen în apă și astfel reduc valoarea pH-ului. Dacă, pe de altă parte, bazele sunt dizolvate, ele fie eliberează ioni hidroxil (de exemplu, NaOH), care leagă ioni de hidrogen de la disocierea apei, fie ei înșiși leagă ioni de hidrogen (de exemplu, amoniac → amoniu). Ca rezultat, bazele cresc valoarea pH-ului. Acest lucru face din pH o măsură a cantității de acizi și baze dintr-o soluție. În funcție de concentrație, acidul sau baza se disociază într-o măsură mai mare sau mai mică și astfel influențează valoarea pH-ului în grade diferite.

În majoritatea soluțiilor apoase, valorile pH-ului sunt aproximativ între 0 (puternic acid) și 14 (puternic alcalin), deși aceste limite sunt depășite cu câte o unitate în soluții 1 molar de acizi și baze puternice (-1 și 15) ). Cea mai scăzută valoare a pH-ului natural existentă este în prezent de -3,6 (într-o mină de pirită din California [1]). Scara pH-ului este limitată doar de solubilitatea acizilor sau bazelor în apă. În cazul valorilor extreme ale pH-ului sau în soluții concentrate, conform definiției valorii pH-ului, trebuie așteptate activități în locul concentrațiilor. Cu toate acestea, aceste calcule sunt foarte complexe.

Majoritatea electrozilor pH se comportă aproape liniar în intervalul de măsurare între 0 și 14 (adică aceleași diferențe în valoarea pH corespund diferențelor aproape constante în potențialul măsurat al electrodului), astfel încât, conform convenției internaționale, valorile pH-ului pot fi măsurate în mod normal doar în acest interval.

Soluțiile mixte ale unui acid slab cu una dintre sărurile sale sau bazele slabe cu sărurile lor („componente tampon”) sunt de o importanță deosebită. Astfel de soluții se numesc soluții tampon. Acolo se stabilesc valori ale pH-ului care sunt apropiate de valoarea logaritmică negativă a constantelor lor de acid sau a constantelor de bază. Când se adaugă alți acizi sau baze mai puternice, valoarea pH-ului lor se modifică semnificativ mai puțin decât atunci când acești acizi și baze corespunzătoare sunt adăugați la apă pură („nebuffered”). Acest lucru se aplică până la epuizarea capacității tamponului, și anume atunci când cantitatea adăugată depășește furnizarea componentei tampon utilizate de acesta.

Dacă lăsați apă pură în aer, aceasta absoarbe dioxid de carbon, aproximativ 0,3 până la 1 mg/l, în funcție de temperatură. Se formează acid carbonic, care se disociază cu hidrogen carbonat:

Aceasta stabilește un pH de aproximativ 5.

Calculul valorii pH-ului cu o concentrație cunoscută de acizi și baze

Dacă se cunoaște concentrația de acizi și baze într-o soluție apoasă, se poate calcula și valoarea pH-ului. Valoarea pH-ului acizilor puternici corespunde logaritmului decadic negativ al concentrației acidului, deoarece se presupune că concentrația acidului corespunde cu cea a ionilor de oxoniu și nu ia în considerare autoprotoliza apei.

Valoarea pH-ului acizilor slabi este de aproximativ jumătate din diferența dintre valoarea pKS și logaritmul decadic al concentrației de acid:

[S.]: Concentrarea de puncte slabe Acid în mol/l.

Aceste calcule pot fi foarte utile în realizarea de soluții cu un pH specific.

Pentru soluțiile unui acid sau a unei baze și a sării corespunzătoare a acestora (vezi și soluția tampon), valoarea pH-ului poate fi calculată destul de bine folosind așa-numita ecuație Henderson-Hasselbalch.

Pentru acizii multi-protonici, valoarea pentru prima etapă de protoliză poate fi calculată aproximativ (valoarea cea mai mică a pKa) și utilizată, deoarece a doua etapă are de obicei doar o influență semnificativ mai mică. Cu toate acestea, un calcul exact este extrem de consumator de timp, deoarece aveți de-a face cu un sistem de echilibre cuplate (ionii de oxoniu din prima etapă de protoliză au o influență asupra celui de-al doilea și invers). Pare la fel de complicat cu amestecuri de mai mulți acizi și/sau baze, o soluție algebrică exactă nu mai este de obicei posibilă, iar ecuațiile trebuie rezolvate numeric folosind metode iterative. În plus, în cazul concentrațiilor foarte mari de acizi sau baze, trebuie remarcat faptul că aproximarea nu se mai aplică că activitatea ionilor de oxoni este egală cu concentrația lor în mol/dm 3.

Dependența de temperatură

Valorile pH-ului diferitelor soluții sunt dependente de temperatură. Acest lucru ar trebui ilustrat folosind exemplul unei soluții de fenol 1 molar. Să presupunem că temperatura soluției este de 30 ° C. PKa de fenol (PhOH) este 10. Astfel, soluția are un pH de aproximativ 4,5. Dacă temperatura se schimbă, pot apărea în esență trei efecte - de obicei cuplate - dintre care primul este de departe cel mai important:

  1. Constanta de echilibru K pentru disocierea fenolului crește odată cu creșterea temperaturii, la fel și disocierea acidului. Dacă K crește, valoarea pH-ului ar scădea aici și invers.
  2. :
  3. Când temperatura scade de la 30 ° C la 20 ° C, fenolul are o solubilitate mai mică în apă și se dizolvă doar aproximativ 0,9 mol/l. În acest caz, pH-ul crește la aproximativ 4,55. Acest efect joacă doar un rol pentru soluțiile apropiate de saturația solubilității.
  4. Dacă temperatura crește, volumul soluției crește ușor. Aceasta reduce concentrația molară de fenol. Astfel, valoarea pH-ului crește, deși greu măsurabilă. În mod similar, valoarea pH-ului scade atunci când temperatura scade.

Importanța valorii pH-ului

Efectele pH-ului în chimie

Unii compuși chimici își schimbă structura chimică în funcție de valoarea pH-ului și, prin urmare, și de culoarea lor (vezi indicatorul (chimie) sau fenolftaleina).

În multe reacții chimice, valoarea pH-ului influențează viteza reacției. În astfel de reacții, ionii de hidrogen joacă adesea rolul unui catalizator. Un exemplu în acest sens este vindecarea aminoplastelor.

Efectul pH-ului asupra creșterii plantelor

Practic, valoarea pH-ului solului influențează disponibilitatea sărurilor nutritive (de exemplu, deficit de fier la valori neutre și alcaline ale pH-ului). În plus, valorile extreme ale pH-ului afectează organele plantei (ploi acide, arsuri chimice).

În plus față de fosfor, sulf și potasiu, azotul are o importanță deosebită pentru echilibrul nutrienților plantelor. Azotul este aproape întotdeauna absorbit sub formă de amoniu solubil în apă (ioni NH4 +) sau mai des ca azotat (ioni NO3 -). Amoniul și nitrații sunt în echilibru în soluri cu o valoare a pH-ului de 7. În solurile acide predomină ionii NH4 +, în solurile alcaline predomină ionii NO3.

Dacă o plantă poate absorbi NH4 + numai datorită permeabilității membranei radiculare, aceasta este legată de solurile acide și, în consecință, acidofilă (iubitoare de acid). Dacă poate absorbi doar azotul NO3 -, poate crește numai pe soluri bogate în baze (bazofil obligatoriu). Cu toate acestea, dacă poate absorbi atât amoniu cât și azotat, poate crește atât pe soluri acide, cât și pe soluri bogate în baze. În îngrășămintele minerale se folosește azotat de amoniu (NH4NO3), o sare obținută din ioni de amoniu și azotat.

Dacă valoarea pH-ului este excesiv de mare sau scăzută, substanțele nutritive din sol sunt fixe și, prin urmare, sunt insuficient disponibile pentru plante. În plus, atunci când valoarea pH-ului este foarte scăzută, substanțele toxice sunt eliberate din sol pentru plante. Acestea includ ionii de aluminiu și mangan.

A se vedea, de asemenea: pH-ul solului, Kalkstet, Solul calcaros, Acidificarea solului, Acidificarea mării

Importanța pH-ului la om

Valoarea pH-ului sângelui și a fluidului celular are o importanță decisivă. Valoarea pH-ului din sânge este ajustată de un echilibru complex de proteine ​​dizolvate, săruri și gaze și are o interacțiune puternică cu hemoglobina. Cu cât valoarea pH-ului este mai mică, cu atât se poate lega mai puțin oxigen (efect Bohr). Dacă valoarea pH-ului sângelui este redusă în țesut de acidul carbonic respirator, hemoglobina eliberează oxigen. În schimb, dacă dioxidul de carbon este expirat în plămâni, valoarea pH-ului sângelui crește acolo și, astfel, capacitatea hemoglobinei de a absorbi oxigenul.

Valoarea pH-ului are, de asemenea, o importanță decisivă în reproducerea umană. În timp ce mediul vaginal este acid pentru a îndepărta agenții patogeni, sperma bărbatului are o valoare pH alcalină. Reacția de neutralizare care se instalează în timpul actului sexual duce la un mediu optim pentru mișcarea spermei.

Pielea umană este, de asemenea, ușor acidă (pH 5,5). Această manta acidă este o protecție împotriva agenților patogeni. Săpunurile, care sunt în mod normal bazice, „usucă” pielea deoarece distrug stratul acid. Un săpun „cu pH neutru pentru piele” nu are deci o valoare neutră a pH-ului, ci una ușor acidă.

Importanța valorii pH-ului pentru acvarii

O anumită valoare a pH-ului trebuie menținută pentru plante și pești din acvarii. Ființele vii au un interval de toleranță pentru valoarea pH-ului și nu pot supraviețui în afara acestuia. Plantele din acvariu au de obicei un interval de toleranță mai mare decât peștii.

Valori de ghidare pentru peștii de acvariu (apă dulce):

  • Apă acidă (pH ≈ 6):
    • Sud-americani (neon, angelfish, disc, L-somn etc.)
    • Asiatici (guaramis, gouramis etc.)
  • Apă neutră (pH ≈ 7)
    • America Centrală (ciclide cu gură de foc etc.)
  • Apă alcalină (pH ≈ 8)
    • Lacuri grave din Africa de Est (ciclide din Lacul Tanganyika și Lacul Malawi etc.)

Conform Ordonanței privind apa potabilă, apa potabilă de la robinet poate avea o valoare a pH-ului cuprinsă între 6,5 și 9,5. Prin urmare, poate fi recomandabil să umpleți acvariul cu apă de izvor de înaltă calitate în loc de apă potabilă. Apa poate fi, de asemenea, ajustată la pH-ul dorit folosind kituri chimice disponibile în comerț.