Водородният показател pH (на български е прието да се произнася като пе ха) е измерител за киселинността или алкалността на даден воден разтвор. Представлява отрицателен десетичен логаритъм от концентрацията С на водородните катиони (H+), изразена в молове на литър:
Чрез концентрацията на H+ се определя химичният характер на даден разтвор.Водородный показатель (pH-фактор), Flora Growing.
За водни разтвори (при стандартни условия): pH < 7 съответства на киселинен разтвор; pH = 7 съответства на неутрален разтвор; pH > 7 съответства на основен разтвор.
Водородният показател може да бъде определен с помощта на киселинно-основни индикатори и да бъде измерен с помощта на потенциометричен pH-метър.
Точното измерване и регулиране на рН е необходимо в различни клонове на химията, биологията, материалознанието, технологиите, медицината и агрохимията.
История Това понятие е въведено през 1909 г. от датския химик Сьорен Сьоренсен. Показателят се нарича pH по първите букви от латинските думи potentia hydrogeni (сила на водорода) и pondus hydrogeni (тегло на водорода). В случая на рН буквата Н означава концентрацията на водородни йони (Н+) или по-точно термодинамичната активност на хидроксониевите йони (H3О+).
Извеждане на стойностите на pH и pOH В чиста вода концентрациите на водородните катиони (Н+) и хидроксилните аниони (OH−) са еднакви и при 22 °C те са 10-7 mol/l. Това следва директно от определението за йонно произведение на водата, което при 25 °C е
.
С такива числени стойности на KW се работи много трудно. За удобство на представянето се избягват много малките отрицателни числа и водородният показател pH се изразява, като вместо концентрацията на водородни йони се използва нейният отрицателен десетичен логаритъм:
.
Аналогично, концентрацията на хидроксилните йони определя хидроксилния показател
.
Така за чиста вода , а за други разтвори обикновено границите на техните изменения са от 0 до 14 според вида на разтвора. В някои случаи обаче, pH може да излезе извън тези граници. Например, при концентрация на водородни йони , а при концентрация на хидроксидни йони
Поради логаритмичния мащаб разлика в рН с 1 единица означава разлика в киселинната/алкалната концентрация 10 пъти.
Видове разтвори Съществуват три вида разтвори според pH: основен (алкален), неутрален и киселинен.
Основен разтвор (алкален разтвор)
Основен е разтвор, в който концентрацията на H+ е по-малка от тази на OH−:
Тогава:
Неутрален разтвор Неутрален е разтвор, в който концентрацията на H+ е равна на тази на OH−:
Тогава:
Киселинен разтвор Киселинен е разтвор, в който концентрацията на H+ е по-голяма от тази на OH−:
Тогава:
Влияние на температурата Тъй като при стандартни условия 25 °C , е ясно, че при тази температура . При по-високи температури константата на електролитната дисоциация на водата се увеличава, създават се повече йони H+ и OH- и се увеличава тяхната концентрация, следователно и йонното произведение на водата KW става по-голямо от 10-14. Тъй като това се дължи на едновременно повишени концентрации както на катиони Н+, така и на аниони OH-, границата на неутралност нараства . Така разтвори с при температура над 25 °C ще имат киселинна реакция.
При по-ниски температури от 25 °C аналогично дисоциацията е по-слаба, йонната концентрация е по-малка както за катиони, така и за аниони и границата на неутралност намалява . Затова разтвори с ще имат алкална реакция.
Изменението на pH от температурата зависи от вида на разтвора. Например: 0,001 mol/l солна киселина HCl при 20 °C има pH=3 и при 30 °C pH=3; 0,001 mol/l натриева основа NaOH при 20 °C има pH=11,73, а при 30 °C pH=10,83.
Определяне на pH Определянето на pH се осъществява посредством три основни метода: колориметричен (чрез индикатори) потенциометричен (чрез рН-метър) аналитичен (чрез киселинно-алкално титруване).
Чрез цветни индикатори Редица химични съединения променят цвета си, в зависимост от рН на средата. Това им свойство се използва за практическо определяне на рН на различни субстанции. Най-често използваният индикатор е лакмусът. Използват се още: тимолфталеин фенолфталеин бромтимолблау метилоранж
Киселинно-основни индикатори Тези индикатори могат да съществуват в две различно оцветени форми – киселинна или основна. Промяната в цвета на всеки индикатор става в диапазона му на киселинност, обикновено 1 – 2 единици. Използват се за приблизителна оценка на концентрацията на водородни йони.
Универсален индикатор Универсалният индикатор представлява смес от няколко индикатора, с което се разширява работният диапазон на измерване на pH. Той променя последователно цвета си от червено през жълто, зелено, синьо до виолетово при преминаване от киселинна област в основна. Лентите от „индикаторната хартия“ обикновено се импрегнират с разтвори от такива смеси – „универсални индикатори“, с които може бързо да се определи киселинността на изследваните водни разтвори с точност до рН единици или дори десети от тях. За по-точно определяне цвета на индикаторната хартия, получен след нанасяне на капка разтвор, веднага се сравнява с еталонна цветова скала.
Определянето на pH с хартиени индикатори е трудно за мътни или оцветени разтвори.
Течен индикатор Поради факта, че оптималните стойности на pH за хранителни разтвори имат много тесен диапазон на рН (обикновено от 5,5 до 6,5), в практиката се използват и други индикатори. Така например, течният pH тест има работен диапазон и скала от 4,0 до 8,0, което го прави по-точен в сравнение с универсалната индикаторна хартия. Напълва се епруветка с хранителен разтвор или вода и се добавя 1 капка pH тест. Затваря се епруветката, разклаща се и се сравнява получения цвят с цветната скала от комплекта.
Чрез апарати Създадени са специални апарати за автоматизирано определяне на рН, наречени рН-метри. Те измерват pH в по-широк диапазон и по-точно (до 0,01 pH единици), отколкото универсалните индикатори. Методът е удобен и високо точен, особено след калибриране на индикаторния електрод в избран диапазон на рН. Позволява да се измерва pH на непрозрачни и цветни 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. Към тествания разтвор на капки се добавя разтвор с известна концентрация (титрант). Когато се смесят, протича химическа реакция. Моментът, когато титрантът достигне точно достатъчното количество, за да завърши напълно реакцията, се нарича точка на еквивалентност и се фиксира с индикатор. Знаейки концентрацията и обема на добавения титрантов разтвор, се изчислява киселинността на разтвора.
Водороден показател на популярни вещества Вещество pH Цвят на индикатора Геотермална вода на вулкана ДалолМястото на Земята, където биологичният живот напълно отсъства, Actualno.com, 16.11.2019, 16:00 ч.Вулканът Далол: сюрреалистична красота, Икар прес, 30.10.2017. ≈ 0 Наситена солна киселина 0,1 Наситена сярна киселина 0,3 Електролит в оловни акумулатори <1,0 Азотна киселина (10% разтвор) 1,0 Солна (хлороводородна) киселина (10 % разтвор) 1,1 Сярна киселина; Tрихлороцетна киселина (10 % разтвор) 1,2 Оксалова киселина (10% разтвор) 1,3 Стомашен сок 1,0 – 2,0 Серниста киселина; Ортофосфорна киселина (10% разтвор) 1,5 Лайм 1,8 – 2,0 Солна (хлороводородна) киселина (1 % разтвор) 2,0 Лимонов сок (5% р-р на лимонова киселина) 2,0 ± 0,3 Сярна киселина (1% разтвор) 2,1 Лимон 2,0 – 2,4 Винена киселина, Ябълкова (оксиянтарна) киселина (10% разтвор) 2,2 Мравчена киселина (10% разтвор) 2,3 Млечна киселина, Салицилова киселина (10 % разтвор) 2,4 Наситена оцетна киселина 2,4 Червена боровинка 2,3 – 2,5 Сладки газирани напитки 2,5 – 2,7 Янтарна киселина (10% разтвор) 2,7 Стафиди 2,8 – 3,0 Цариградско грозде 2,8 – 3,1 Оцетна киселина (10% разтвор) 2,9 Хранителен оцет (3 – 15%);Бензоена киселина (10% разтвор) 3,0 Ябълков и портокалов сок; Газирана вода 3,0 Кока-кола 3,0±0,3 Алуминиева стипца (10% разтвор) 3,2 Боровинка 3,0 – 3,7 Грейпфрут 3,0 – 3,7 Ягода 3,0 – 3,9 Портокал 3,0 – 4,0 Малина 3,2 – 3,6 Ябълка 3,3 – 3,9 Оцетна киселина (1% разтвор) 3,4 Маслина 3,6 Бира, Вино 3,0 – 4,5 Сушена кайсия 3,4 – 3,8 Праскова 3,4 – 4,1 Вишна 3,2 – 4,5 Грозде 3,5 – 4,5 Маски и балсами след изсветляване на коса 3,5 – 4,7 Кайсия 3,3 – 4,8 Круша 3,6 – 4,0 Наситена въглеродна киселина 3,8 Нектарина 3,9 – 4,2 Къпина 3,9 – 4,5 Сероводородна киселина (10% разтвор) 4,1 Киселинен дъжд 4,2 – 4,4(< 5,6) Киселинни езера 4,5 Домат 4,3 – 4,9 Банан 4,5 – 5,3 Киселинни шампоани 4,5 – 5,5 Червен пипер 4,6 – 5,2 Тиква 4,8 – 5,2 Маски и балсами за коса след след измиване с шампоан 4,7 – 6,0 Наситена арсениста киселина 5,0 Кафе 5,0 Синилна киселина (10% разтвор) 5,1 Борна киселина (10% разтвор) 5,2 Броколи 5,3 Зеле 5,2 – 5,4 Диня 5,2 – 5,6 Червено цвекло 4,9 – 6,6 Сладък картоф 5,3 – 5,6 Шампоан, Урина 5,5 Кожа на здрав човек 5,5 Праз лук 5,5 – 6,2 Картоф 5,6 – 6,0 Целина 5,7 – 6,0 Манго 5,8 – 6,0 Копър 5,5 – 6,5 Спанак 5,5 – 6,8 Боб 5,6 – 6,5 Чай 5,5 – 7,0 Грах 5,8 – 6,4 Морков 5,9 – 6,3 Кокос 5,5 – 7,8 Царевица 5,9 – 7,3 Пъпеш; Спаржа 6,0 – 6,7 Маслина 6,0 – 7,0 Авокадо 6,3 – 6,6 Чисти езера 6,5 Мляко 6,5 – 6,93 Питейна вода; Фурма 6,5 – 8,5 СлюнкаКислотность (рН), изд. „Функциональная гастроэнтерология“,20.03.2013. 6,8 – 7,4 Химикали за навиване на коса (едро къдрене) 6,8 – 7,5 Неутрални шампоани 6,0 – 8,0 Чиста вода при 25°C 7,0 Детски шампоани 7,3 Негазирана бутилирана вода 6,9 – 8,1 Кръв 7,36 – 7,44 Лимфа 7,5 Химикали за средно къдрене на коса 7,5 – 8,3 Морска вода; Яйца 8,0 Тиогликолови химикали за дребно къдрене на коса 8,3 – 9,1 Хлор 9,0 Течен сапун за ръце 9,0 – 10,0 Устойчива (трайна) боя за коса 9,0 – 11,0 Високо алкална, йонизирана вода 10,0 Магнезиева суспензия за ръце 10,0 Тиогликолови препарати за химическо изправяне на косата 10,0 Обезцветяващи и избелващи препарати за коса 10,0 – 11,0 Амоняк 11,5 Обезцветяващ прах за коса;Сапунена вода 12 Белина (с хлор) 12,5 Алкални препарати за химическо изправяне на косата 13,0 Концентрирани разтвори на основи >13,0 Течност за прочистване на водосточни тръби, сода каустик 14
Изохидрични разтвори Изохидрични се наричат разтворите с еднакво рН.
Константа на киселинна дисоциация
Константата на киселинна дисоциация (изписва се Ка) е количествена мярка за силата на йонизиращите химични съединения в разтвор. Това е константата на химично равновесие при електролитна дисоциация, в контекста на химичните реакции между киселина и основа.
За една киселина HA, която дисоциира до протон H+ и анион A- по уравнението:
константата на киселинна дисоциация Ka е дефинирана по следния начин:
Източници
Външни препратки Водородный показатель, pH некоторых продуктов Показатель pH – Оксана Артюшенко, 01.10.2016. Таблица значений PH кислот. (Растворов). Кислотность. Таблица водородных показателей, DPVA, ИнженерныЙ справочник.
Категория:Киселинно-основна химия Категория:Равновесна химия