Що таке pH і що він вимірює?

РН описує, наскільки кислим або основним є водний розчин, де рН нижче 7 вважається кислим, а рН вище 7 — основним. pH 7 вважається нейтральним (наприклад, чиста вода). Як правило, значення рН коливаються від 0 до 14, хоча дуже сильні кислоти можуть мати негативний рН , а дуже сильні основи можуть мати рН вище 14.

Термін «рН» вперше був описаний датським біохіміком Сьореном Петером Лауріцем Сьоренсеном у 1909 році. рН — це абревіатура від «сила водню», де «р» — скорочення від німецького слова «потужність», «potenz» , а Н — символ елемента для водню. .

Чому вимірювання pH важливі

На хімічні реакції у воді впливає кислотність або лужність розчину. Це важливо не лише в хімічній лабораторії, але й у промисловості, кулінарії та медицині. РН ретельно регулюється в клітинах і крові людини. Нормальний діапазон рН крові становить від 7,35 до 7,45. Зміна навіть на одну десяту одиниці pH може бути фатальною. РН ґрунту важливий для проростання та росту культур. Кислотні дощі, викликані природними та антропогенними забруднювачами, змінюють кислотність ґрунту та води, сильно впливаючи на живі організми та інші процеси. У кулінарії зміна pH використовується при випічці та пивоварінні. Оскільки рН впливає на багато реакцій у повсякденному житті , корисно знати, як його розрахувати та виміряти.

Як вимірюється pH

• Найпоширенішим методом є рН-метр, який включає рН-чутливий електрод (зазвичай виготовлений зі скла) і електрод порівняння.
• Кислотно-лужні індикатори змінюють колір у відповідь на різні значення pH. Лакмусовий папір і рН-папір використовуються для швидких, відносно неточних вимірювань. Це смужки паперу, оброблені індикатором.
• Для вимірювання pH зразка можна використовувати колориметр. Флакон наповнюють зразком і додають реагент для зміни кольору залежно від pH. Колір порівнюють із таблицею або стандартом, щоб визначити значення pH.

Проблеми з вимірюванням екстремального рН

У лабораторних умовах можна зустріти дуже кислі та основні розчини. Видобуток корисних копалин є ще одним прикладом ситуації, яка може виробляти надзвичайно кислі водні розчини. Необхідно використовувати спеціальні методи для вимірювання екстремальних значень рН нижче 2,5 і вище приблизно 10,5, оскільки закон Нернста не є точним у цих умовах, коли використовуються скляні електроди. Зміна іонної сили впливає на потенціали електродів . Можна використовувати спеціальні електроди, інакше важливо пам’ятати , що вимірювання рН не будуть такими точними, як вимірювання у звичайних розчинах.

Ось як розрахувати значення pH

pH – це міра того, наскільки кислим або основним є хімічний розчин. Шкала рН коливається від 0 до 14 — значення сім вважається нейтральним, менше семи кислотним і більше семи основним.

pH — це від’ємний логарифм за основою 10 («логарифм» на калькуляторі) концентрації іонів водню в розчині. Щоб обчислити його, візьміть логарифм заданої концентрації іонів водню та змініть знак. Дивіться більше інформації про формулу pH нижче.

Ось більш глибокий огляд того, як розрахувати pH і що означає pH щодо концентрації іонів водню, кислот і основ.

Огляд кислот і основ

Існує кілька способів визначення кислот і основ, але рН конкретно стосується лише концентрації іонів водню та застосовується до водних (на водній основі) розчинів. Коли вода дисоціює, вона дає іон водню та гідроксид. Дивіться це хімічне рівняння нижче.

Під час обчислення рН пам’ятайте, що [ ] означає молярність , М. Молярність виражається в одиницях молей розчиненої речовини на літр розчину. Якщо вам задано концентрацію в будь-якій іншій одиниці, ніж молі (масовий відсоток, молярність тощо), переведіть її в молярність, щоб використовувати формулу pH.

Зв’язок між pH і молярністю можна виразити так:

Як розрахувати pH і [H+]

Рівняння рівноваги дає таку формулу для pH:

Іншими словами, рН є негативним логарифмом молярної концентрації іонів водню або молярна концентрація іонів водню дорівнює 10 у степені від’ємного значення рН. Це легко зробити на будь-якому науковому калькуляторі , тому що найчастіше він має кнопку «журнал». Це не те саме, що кнопка «ln», яка відноситься до натурального логарифму.

pH і pOH

Ви можете легко використовувати значення рН для розрахунку рОН , якщо пам’ятаєте:

Це особливо корисно, якщо вас просять знайти рН основи, оскільки зазвичай ви розв’язуєте рОН , а не рН.

Приклади розрахункових задач

Спробуйте ці приклади завдань, щоб перевірити свої знання про pH.

Приклад 1

Обчисліть pH для конкретного [H + ]. Обчисліть pH, якщо [H + ] = 1,4 x 10 -5 M

pH = -log ₁₀ [H + ]
pH = -log ₁₀ (1,4 x 10 -5 )
pH = 4,85

Приклад 2

Обчисліть [H + ] за відомим pH. Знайдіть [H + ], якщо pH = 8,5

[H + ] = 10 -pH
[H + ] = 10 -8,5
[H + ] = 3,2 x 10 -9 M

Приклад 3

Знайдіть pH, якщо концентрація H + становить 0,0001 моль на літр.

Тут допомагає переписати концентрацію як 1,0 x 10 -4 М, тому що це дає формулу: рН = -(-4) = 4. Або ви можете просто скористатися калькулятором, щоб взяти журнал. Це дає вам:

Зазвичай у задачі вам не вказують концентрацію іонів водню, але її потрібно знайти за допомогою хімічної реакції або концентрації кислоти. Простота цього залежатиме від того, яка кислота у вас сильна чи слабка . Більшість проблем із запитом рН пов’язано з сильними кислотами, оскільки вони повністю дисоціюють на свої іони у воді. З іншого боку, слабкі кислоти дисоціюють лише частково, тому в стані рівноваги розчин містить як слабку кислоту, так і іони, на які вона дисоціює.

Приклад 4

Знайдіть рН 0,03 М розчину хлоридної кислоти HCl.

Пам’ятайте, що соляна кислота є сильною кислотою, яка дисоціює відповідно до молярного співвідношення 1:1 на катіони водню та хлорид-аніони. Отже, концентрація іонів водню точно така ж, як і концентрація розчину кислоти.

Перевірте свою роботу

Коли ви виконуєте обчислення pH, завжди переконайтеся, що ваші відповіді мають сенс. Кислота повинна мати рН менше семи (зазвичай від одного до трьох), а основа повинна мати високий рН (зазвичай близько 11-13). Хоча теоретично можливо розрахувати негативний рН , на практиці значення рН мають бути від 0 до 14. Це означає, що pH вище 14 вказує на помилку або в налаштуваннях розрахунку, або в самому розрахунку.

Джерела

• Ковінгтон, Аляска; Бейтс, Р.Г.; Durst, RA (1985). «Визначення шкал рН, стандартні еталонні значення, вимірювання рН і відповідна термінологія». Чисте застосування Chem . 57 (3): 531–542. doi:10.1351/pac198557030531
• Міжнародний союз теоретичної та прикладної хімії (1993). Величини, одиниці та символи у фізичній хімії (2-е видання) Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8.
• Мендхем, Дж.; Денні, RC; Барнс, Дж.Д.; Томас, MJK (2000). Кількісний хімічний аналіз Фогеля (6-е видання). Нью-Йорк: Prentice Hall. ISBN 0-582-22628-7.

Что такое рН воды, на что влияет и как измерить в домашних условиях

Такое понятие, как показатель рН воды было введено еще в начале XX века, использовалось оно химиками и определяло вес ионов водорода в молекуле h2О. Сегодня это понятие известно широкой публике, зачастую благодаря рекламе. Так, многие производители косметических средств, спекулируют понятием рН для коммерческого продвижения своей продукции. Этот показатель присущ любой жидкой среде и органическим тканям. Например, здоровая кожа человека имеет оптимальный уровень рН – от 6 до 6,5.

Так на что же влияет показатель рН?

Это кислотно-щелочной баланс, который сопровождает и обуславливает течение каких-либо химических реакций. Например, в питьевой воде, отклонение от нормы кислотно-щелочного баланса позволяет выявить уровень токсического влияния вредных веществ. Если рН питьевой воды больше 7, то баланс стремится к щелочи. А если меньше – то кислотность жидкости повышена.

Отметим, что можно выделить несколько групп вод, разделяющихся именно по значению рН:

• 3 и меньше – то это будут сильнокислые воды;
• 3 – 5 – кислые и среднекислые;
• 5 – 6,5 – показатель слабокислых вод колеблется в этих пределах;
• 6,5 – 7 – это нейтральные воды;
• 7,5 – 8,5 – слабощелочная жидкость;
• 8,5 до 9,5 будет указывать на то, что это щелочная вода;
• 9,5 и выше – это сильнощелочная жидкость.

Что касается питьевых вод в нашем регионе, то их баланс колеблется в пределах 6-9 единиц. Такое отклонение существенно влияет на потребительские свойства жидкости в целом.

Метод определения показателя уровня рН воды

Способ определения зависит от целей, для которых производится замер кислотности. Так, на предприятиях, использующих воду в промышленных целях, либо на пищевом производстве, замеры осуществляются с помощью специального оборудования. Коммунальные предприятия, занимающиеся централизованным водоснабжением населения, измеряют кислотно-щелочной баланс и прочие показатели в специальных лабораториях.

Влияние показателя pH в медицине и лечении

Обычный потребитель может измерить уровень рН из крана с помощью тест-полосок из лакмусовой бумаги, продающихся в любом магазине медицинской техники. Применяют их и в медицине, в частности в гастроэнтерологии, где крайне важно знать, к какой среде стремится рН желудочного сока. Ведь от этого кардинально зависит схема лечения заболеваний.

Чтобы измерить его в домашних условиях – не обязательно быть химиком

И так, как же пользоваться тест – полосками?

Существует несколько вариантов окрашивания лакмусовой бумаги:

• Красный – означает кислотную среду;
• От красного к фиолетовому – средняя кислотность;
• Фиолетовый – рН нейтральный;
• Фиолетовый, синий или зеленый – средне-щелочной баланс;
• Желтый цвет лакмуса свидетельствует о повышенном содержании щелочи.

Но неужели перед каждым употреблением жидкости необходимо проводить тест на рН? Мало кто будет озадачиваться этой проблемой, поэтому и пьем воду среднего качества, а зачастую ниже среднего.

Если Вы все-таки хотите регулярно проверять уровень pH и при этом не заморачиваться с лакмусовой бумагой, тогда Вы можете просто приобрести современный компактный прибор PH-метр. Вам конечно придется выложить за него порядка 50 долларов, но зато это очень удобно, с минимальной погрешностью, а в приборе нужно только иногда менять батарейки.

Как обеспечить себя идеальной питьевой водой не выходя из дома?

Чтобы не устраивать химическую лабораторию у себя дома, достаточно просто установить современную систему очистки водопроводной воды. Профессиональные бытовые фильтры обратного осмоса устанавливаются на кухне под мойкой и обеспечивают Вас качественным питьевым продуктом 365 дней в году! Современная индустрия очистительных систем позволяет выбрать фильтры любой комплектации, в том числе и с дополнительными линейными картриджами – минерализатор, ощелачиватель, биоактиватор, структуризатор и антиоксидантный элемент. И тогда можно быть уверенными на 100%, что Вы пьете полезную воду с оптимальным уровнем pH.