Hodnota PH
Šablóna: DISPLAYTITLE: hodnota pH Der Hodnota PH je miera sily kyslého alebo zásaditého účinku vodného roztoku. Ako logaritmická veličina je definovaná dekadickým logaritmom (= „logaritmus“) koncentrácie oxóniových iónov (presnejšie: aktivita oxóniových iónov) vynásobená −1. Termín pochádza z ondus Hydrogenii alebo otentia Hydrogenii (latinsky pondus, n. = váha; potentia, f. = sila; vodík, n. = vodík).
Na základe disociačnej konštanty vody kDiss = c (H +) c (OH -) = 10 −14 mol 2/liter 2 sa rozsahy hodnôt delia na:
- pH 7 zodpovedá alkalickému roztoku (zásaditý účinok)
To však platí iba pre čistú vodu a zriedené roztoky pri 25 ° C.
Ďalšie odporúčané odborné znalosti
Denná vizuálna kontrola laboratórnych váh
Vyšší výkon váženia v 6 jednoduchých krokoch
8 krokov k čistej váhe - a 5 riešení, ako udržať čistotu
Obsah
Meranie hodnoty pH
Hodnota pH roztoku sa dá určiť pomocou rôznych metód:
Galvanometria
Na tomto princípe je založená väčšina komerčne dostupných pH metrov. Guľôčka zo sklenenej membrány naplnená roztokom chloridu draselného je ponorená do kvapaliny, ktorá sa má merať. Kvôli tendencii vodíkových iónov hromadiť sa v tenkých vrstvách na povrchu skla sa vo vnútri gule hromadí galvanické napätie. Vytvorí sa galvanický článok, ktorého elektromotorická sila sa meria vzhľadom na referenčnú elektródu, ktorá je nezávislá od vodíkových iónov (pozri pH elektródu).
Meranie tranzistormi s efektom poľa citlivým na ióny (ISFET)
Podobne ako sklenená elektróda, ióny vodíka vytvárajú potenciál na membráne citlivého hradla tranzistora, ktorý potom ovplyvňuje prúdovú priepustnosť tranzistora, a je tak možné ich realizovať pomocou technológie merania.
Kolorimetria založená na reakcii indikátorového farbiva
| Kyselina z akumulátora | 1.0 | nahnevaný |
| Kyselina žalúdočná (prázdny žalúdok) | 1,0 - 1,5 | |
| Citrónová šťava | 2.4 | |
| cola | 2-3 | |
| Šťava z ovocia Morello | 2.7 | |
| ocot | 2.9 | |
| Pomarančový a jablkový džús | 3.5 | |
| Víno | 4.0 | |
| Kyslé mlieko | 4.5 | |
| pivo | 4,5-5,0 | |
| kyslý dážď | 8,3 = modrá), fenolftaleín (pH 10,0 = ružová), metylová oranžová (pH 4,4 = žltá) a brómtymolová modrá (pH 7,6 = modrá). |
definícia
Pre veľmi silné kyseliny (hodnota PKS)
V tomto prípade je aktivita definovaná chemickým potenciálom, a preto je bezrozmerná. Táto definícia pH sa však zriedka používa v jednoduchých výpočtoch. Z dôvodu zjednodušenia je skôr uspokojenie s aproximáciou, že aktivita oxónia pre zriedené roztoky je nastavená na rovnakú hodnotu ako koncentrácia oxóniových iónov (v mol/dm 3):
Rovnako ako činnosti, aj hodnota pH je bezrozmerným množstvom.
Pre slabé kyseliny však platí Henderson-Hasselbalchova rovnica.
Analogicky k hodnote pH možno definovať aj hodnotu pOH, ktorá predstavuje dekadický logaritmus aktivity OH vynásobenej −1; aktivita OH sa meria v mol/dm3.
Tieto dve hodnoty súvisia s rovnováhou autoprotolýzy:
Logaritmus aktivity vody sa tu zhruba rovná nule, pretože aktivita vody pre zriedené roztoky sa zhruba rovná jednej, a preto zaniká. Rovnovážna konštanta je za normálnych podmienok 10 −14, takže vzťah medzi hodnotou pH a hodnotou pOH je:
PH iných rozpúšťadiel
Akési „pH“ je aj pre ostatných protický Rozpúšťadlá (t. J. Tie, ktoré môžu prenášať protóny) definujú a sú tiež založené na autoprotolýze týchto rozpúšťadiel. Všeobecná odpoveď je:
2 LH LH2 + + L - (všeobecná formulácia autoprotolýzy)
- LH2 + = lyóniový ión
- L - = lyátový ión
Rovnovážna konštanta K je tu všeobecne menšia ako pre iónový produkt vody.
Hodnota pH je potom definovaná nasledovne (index p označuje, že roztoky nie sú vodné, ale protické):
pHp = -lg [LH2 +]
| (bezvodá) kyselina mravčia | 2HCOOH HCOOH2 + + HCOO - |
| amoniak | 2NH3 NH2 - + NH4 + |
| Ľadová kyselina octová | 2CH3COOH CH3COO - + CH3COOH2 + |
| Etanol | 2C2H5OH C2H5OH2 + + C2H5O - |
Vzťah s kyselinami a zásadami
Ak sú kyseliny rozpustené vo vode, rozkladajú vodíkové ióny na vodu a tým znižujú hodnotu pH. Ak sú naopak bázy rozpustené, uvoľňujú buď hydroxylové ióny (napr. NaOH), ktoré viažu ióny vodíka z disociácie vody, alebo samy viažu vodíkové ióny (napr. Amoniak → amoniak). Vďaka tomu zásady zvyšujú hodnotu pH. Vďaka tomu je pH meradlom množstva kyselín a zásad v roztoku. Kyselina alebo zásada sa v závislosti od sily vo väčšej alebo menšej miere disociujú a tým ovplyvňujú hodnotu pH v rôznej miere.
Vo väčšine vodných roztokov sú hodnoty pH zhruba od 0 (silne kyslé) do 14 (silne zásadité), aj keď tieto limity prekračuje každá jednotka iba v 1 molárnom roztoku silných kyselín a zásad (-1 až 15 ). Najnižšia hodnota pH, ktorá sa kedy prirodzene vyskytla, je v súčasnosti -3,6 (v pyritovej bani v Kalifornii [1]). Stupnica pH je obmedzená iba rozpustnosťou kyselín alebo zásad vo vode. V prípade extrémnych hodnôt pH alebo v koncentrovaných roztokoch je podľa definície hodnoty pH potrebné počítať s činnosťami namiesto koncentrácií. Tieto výpočty sú však veľmi zložité.
Väčšina pH elektród sa chová takmer lineárne v meracom rozmedzí od 0 do 14 (t. J. Rovnaké rozdiely v hodnote pH zodpovedajú takmer konštantným rozdielom v potenciáli meranej elektródy), takže podľa medzinárodnej konvencie možno hodnoty pH normálne merať iba priamo v tomto rozmedzí.
Obzvlášť dôležité sú zmiešané roztoky slabej kyseliny s jednou z jej solí alebo slabými zásadami s ich soľami („zložky pufra“). Takéto riešenia sa nazývajú tlmivé roztoky. Tam sa stanovia hodnoty pH, ktoré sú blízke zápornej logaritmickej hodnote ich kyslých alebo zásaditých konštánt. Ak sa pridajú ďalšie silnejšie kyseliny alebo zásady, zmení sa ich hodnota pH podstatne menej, ako keď sa tieto zodpovedajúce kyseliny a zásady pridajú do čistej („bez pufru“) vody. Platí to dovtedy, kým nie je vyčerpaná kapacita medzipamäte, a to najmä vtedy, keď pridané množstvo prekročí ponuku použitej zložky medzipamäte.
Ak necháte čistú vodu na vzduchu, absorbuje podľa teploty oxid uhličitý, asi 0,3 až 1 mg/l. Vzniká kyselina uhličitá, ktorá sa disociuje na hydrogenuhličitan:
Týmto sa nastaví pH na asi 5.
Výpočet hodnoty pH so známou koncentráciou kyselín a zásad
Ak je známa koncentrácia kyselín a zásad vo vodnom roztoku, je možné vypočítať aj hodnotu pH. Napríklad hodnota pH silných kyselín zodpovedá zápornému dekadickému logaritmu koncentrácie kyseliny, pretože sa predpokladá, že koncentrácia kyseliny zodpovedá koncentrácii oxóniových iónov a nezohľadňuje autoprotolýzu vody.
Hodnota pH slabých kyselín je približne polovičný rozdiel medzi hodnotou pKS a dekadickým logaritmom koncentrácie kyselín:
[S.]: Koncentrácia slabosti Kyselina v mol/l.
Tieto výpočty môžu byť veľmi užitočné pri príprave roztokov so špecifickým pH.
Pre roztoky kyselín alebo zásad a ich zodpovedajúcich solí (pozri tiež tlmivý roztok) možno hodnotu pH pomerne dobre vypočítať pomocou takzvanej Hendersonovej-Hasselbalchovej rovnice.
Pre multiprotónové kyseliny možno hodnotu pre prvý stupeň protolyzácie vypočítať približne (najnižšia hodnota pKa) a použiť, pretože druhý stupeň má zvyčajne iba podstatne menší vplyv. Presný výpočet je však mimoriadne časovo náročný, pretože máte do činenia so systémom viazaných rovnováh (oxóniové ióny z prvého stupňa protolyzy majú vplyv na druhý a naopak). Vyzerá to podobne zložito so zmesami niekoľkých kyselín a/alebo zásad, presné algebraické riešenie už zvyčajne nie je možné a rovnice je potrebné riešiť numericky pomocou iteračných metód. Okrem toho je potrebné poznamenať, že v prípade veľmi vysokých koncentrácií kyselín alebo zásad už neplatí aproximácia, že aktivita oxóniových iónov sa rovná ich koncentrácii v mol/dm 3.
Závislosť od teploty
Hodnoty pH rôznych roztokov závisia od teploty. To je ilustrované na príklade 1-molárneho roztoku fenolu. Predpokladajme, že teplota roztoku je 30 ° C. PKa fenolu (PhOH) je 10. pH roztoku má teda asi 4,5. Ak sa teplota zmení, môžu sa vyskytnúť v podstate tri efekty - zvyčajne spojené -, z ktorých prvý je zďaleka najdôležitejší:
- Rovnovážna konštanta K pre disociáciu fenolu sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou, a tak sa zvyšuje aj disociácia kyseliny. Ak sa K zvýši, hodnota pH by sa tu znížila a naopak.
- :
- Keď teplota klesne z 30 ° C na 20 ° C, má fenol nižšiu rozpustnosť vo vode a rozpustí sa iba asi 0,9 mol/l. V tomto prípade pH stúpne na okolo 4,55. Tento efekt hrá rolu iba pri roztokoch blízkych saturácii rozpustnosti.
- Keď teplota stúpne, objem roztoku sa mierne zvýši. To znižuje molárnu koncentráciu fenolu. Hodnota pH sa teda zvyšuje, aj keď ťažko merateľne. Analogicky klesá hodnota pH, keď teplota klesá.
Dôležitosť hodnoty pH
Účinky pH v chémii
Niektoré chemické zlúčeniny menia svoju chemickú štruktúru v závislosti od hodnoty pH, a teda aj svojej farby (pozri indikátor (chémia) alebo fenolftaleín).
Pri mnohých chemických reakciách ovplyvňuje hodnota pH rýchlosť reakcie. V takýchto reakciách vodíkové ióny často zohrávajú úlohu katalyzátora. Jedným z príkladov je vytvrdzovanie aminoplastov.
Vplyv pH na rast rastlín
Hodnota pH pôdy v zásade ovplyvňuje dostupnosť výživných solí (napr. Nedostatok železa pri neutrálnych a zásaditých hodnotách pH). Extrémne hodnoty pH navyše poškodzujú orgány rastlín (kyslé dažde, chemické popáleniny).
Okrem fosforu, síry a potaše je pre výživovú rovnováhu rastlín obzvlášť dôležitý dusík. Dusík sa takmer vždy absorbuje vo forme vodorozpustného amónia (ióny NH4 +) alebo častejšie ako dusičnan (NO3 - ióny). Amoniak a dusičnan sú v rovnováhe v pôdach s hodnotou pH 7. V kyslých pôdach prevažujú ióny NH4 +, v alkalických pôdach ióny NO3.
Ak rastlina môže kvôli priepustnosti koreňovej membrány absorbovať iba NH4 +, je viazaná na kyslé pôdy a podľa toho povinne acidofilná (milujúca kyseliny). Ak dokáže absorbovať iba dusičnan NO3 -, môže rásť iba na pôdach bohatých na zásady (obligátny bazofil). Ak však dokáže absorbovať amoniak aj dusičnan, môže rásť na kyslých aj na bázu bohatých pôdach. V minerálnych hnojivách sa používa dusičnan amónny (NH4NO3), soľ vyrobená z iónov amónneho a dusičnanu.
Ak je hodnota pH príliš vysoká alebo nízka, výživné látky v pôde sú fixované, a preto sú pre rastliny nedostupné iba nedostatočne. Okrem toho, keď je hodnota pH veľmi nízka, uvoľňujú sa z pôdy pre rastliny toxické látky. Patria sem ióny hliníka a mangánu.
Pozri tiež: pH pôdy, Kalkstet, vápenatá pôda, okyslenie pôdy, okyslenie morí
Dôležitosť pH u ľudí
Rozhodujúca je hodnota pH krvi a bunkovej tekutiny. Hodnota pH v krvi sa upravuje komplexnou rovnováhou rozpustených bielkovín, solí a plynov a má silnú interakciu s hemoglobínom. Čím nižšia je hodnota pH, tým menej kyslíka sa dokáže viazať (Bohrov efekt). Ak je hodnota pH krvi v tkanive znížená respiračnou kyselinou uhličitou, hemoglobín preto uvoľňuje kyslík. Naopak, ak sa oxid uhličitý vydychuje v pľúcach, zvyšuje sa tam hodnota pH krvi, a tým aj schopnosť hemoglobínu absorbovať kyslík.
Hodnota pH má tiež rozhodujúci význam pre ľudskú reprodukciu. Zatiaľ čo vaginálne prostredie je kyslé, aby odháňalo patogény, mužské spermie majú alkalické pH. Neutralizačná reakcia, ktorá nastane počas pohlavného styku, vedie k optimálnemu prostrediu pre pohyb spermií.
Ľudská pokožka je tiež mierne kyslá (pH 5,5). Tento kyslý plášť je ochranou pred patogénmi. Mydlá, ktoré sú zvyčajne zásadité, „vysušujú“ pokožku, pretože ničia kyslú vrstvu. Mydlo „pH-neutrálne pre pokožku“ preto nemá neutrálnu hodnotu pH, ale mierne kyslú.
Dôležitosť hodnoty pH pre akváriá
Pre rastliny a ryby v akváriách musí byť zachovaná určitá hodnota pH. Živé veci majú tolerančné rozpätie pre hodnotu pH a nemôžu mimo nej prežiť. Rastliny v akváriu majú zvyčajne väčší tolerančný rozsah ako ryby.
Smerné hodnoty pre akvarijné ryby (sladká voda):
- Kyslá voda (pH ≈ 6):
- Juhoameričania (neón, skaláry, disk, L-sumec atď.)
- Aziati (guaramis, gouramis atď.)
- Neutrálna voda (pH ≈ 7)
- Stredná Amerika (cichlida ústna)
- Alkalická voda (pH ≈ 8)
- Východoafrické hrobové jazerá (cichlidy z jazera Tanganika a jazera Malawi atď.)
Podľa nariadenia o pitnej vode môže mať voda z vodovodu hodnotu pH medzi 6,5 a 9,5. Preto môže byť vhodné namiesto pitnej vody akvárium naplniť vysoko kvalitnou pramenitou vodou. Voda môže byť tiež nastavená na požadované pH pomocou komerčne dostupných chemických súprav.