6.6: рН
- Page ID
- 25527
Що таке рН?
Кислотність водного розчину відноситься до концентрації іонів Н 3 О +, але з нею є дві проблеми. Перша проблема полягає в тому, що молярна концентрація іона гідронію [H 3 O +] змінюється в широкому діапазоні, як правило, від 1-до 0.0000000000000001, що нелегко зрозуміти. Шкала журналу вирішує проблему, наприклад, якщо число збільшується з 1 до 1000, воно збільшується від 0 до 3 за шкалою журналу до основи 10. Друга проблема полягає в тому, що [H 3 O +] зазвичай є невеликим числом від 0 до 1. Журнал числа, що знаходиться між 0 і 1, є від'ємним числом, яке нелегко зрозуміти подумки. Якщо число знаходиться в межах від 0 до 1, його зворотне більше 1, а його журнал - число +ve.
РН визначається як журнал зворотної молярної концентрації іонів гідронію [H 3 O +]. Також можна констатувати, що рН є негативним журналом молярної концентрації іона гідронію [H 3 O +]. Математична форма рН наступна.
\ begin {рівняння}
p =\ log\ frac {1} {\ left [\ mathrm {H} _ {3}\ mathrm {O} ^ {+}\ праворуч]} =-\ log\ left [\ mathrm {H} _ {3}\ mathrm {O} ^ {+}\ праворуч]\ nonumber
\ end {рівняння}
РН зазвичай є позитивним числом від 0 до 14.
Розрахунок рН
Спочатку визначають молярну концентрацію іона гідронію [H 3 O +]. Чим взяти журнал бази 10 з [H 3 O +] і змінити знак відповіді, тобто:
\ begin {рівняння}
p H=-\ log\ left [\ mathrm {H} _ {3}\ mathrm {O} ^ {+}\ праворуч]\ nonumber
\ end {рівняння}
Обчисліть рН нейтральної води, яка має [H 3 O +] = 10 -7 М?
Рішення
З огляду на [H 3 O +] = 10 -7 М, бажаний рН =?
Формула:\(p H=-\log \left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]\)
Підключіть значення та розрахуйте:\(p H=-\log \left(10^{-7}\right)=7.0\)
Послідовність клавіш для обчислення на науковому калькуляторі Microsoft Window (останнє поле - це висновок послідовності ключів):
Задане число в науковому позначенні становить 1 х 10 -7, що має одну значну цифру, показану коефіцієнтом частини числа жирним шрифтом. Число знаків після коми в числі рН показує значущі цифри, т. Е. 0 має один десятковий знак, показаний жирним шрифтом, що означає, що він має одну значну цифру.
Розрахувати рН розчину 0,010 М HCl?
Рішення
З огляду на [HCl] = 0,010 М = [H 3 O +], бажаний рН =?
Формула:\(p H=-\log \left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]\)
Підключіть значення та розрахуйте:\(p H=-\log (0.010)=2.00\)
Послідовність клавіш для обчислення на науковому калькуляторі Microsoft Window (останнє поле - це висновок послідовності ключів):
Зауважте, що дане число 0.0 10 M має дві значні цифри, показані жирним шрифтом. Отже, відповідь pH 2. 00 також має дві значні цифри, показані жирним шрифтом.
Розрахувати рН 0,10 М розчину HCl?
Рішення
З огляду на [HCl] = 0,10 М = [H 3 O +], бажаний рН =?
Формула:\(p H=-\log \left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]\)
Розрахунки:\(p H=-\log (0.10)=1.00\)
Оскільки кислоти 0.01M і 0.10M поступово додають для збільшення кислоти з нейтральної води в прикладі 1 до 0,01 М в прикладі 2 до 0,10 М в прикладі 3, рН поступово зменшувався з 7 до 2 до 1.
Показник рН кислого розчину менше 7. Чим кислотніше розчин, тим нижче рН.
РН зменшується зі збільшенням [H3O+], оскільки зворотний показник [H3O +] використовується при розрахунку рН. Чим більше дане число, тим менше зворотне; це перекладається як «чим кислотніше розчин, тим нижче рН.
Розрахувати рН 0,010 М розчину NaOH?
Рішення
З огляду на [NaOH] = 0,010 М = [ОН -], бажаний рН =?
Спочатку обчисліть [Н 3 О +] з даного [ОН -]:\(\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]=10^{-14} /\left[\mathrm{OH}^{-}\right]=10^{-14} / 0.010=1.0 \times 10^{-12}\)
Чим розрахувати рН:\(p H=-\log \left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]=-\log \left(1.0 \times 10^{-12}\right)=12.00\)
Зауважте, що дане число 0.0 10 M має дві значні цифри, показані жирним шрифтом. Отже, відповідь pH 12. 00 також має дві значні цифри, показані жирним шрифтом.
Розрахувати рН 0,10 М розчину NaOH?
Рішення
З огляду на [NaOH] = 0,10 М = [ОН -], бажаний рН =?
Спочатку обчисліть [Н 3 О +] з даного [ОН -]:\(10^{-14} /\left[\mathrm{OH}^{-}\right]=10^{-14} / 0.10=1.0 \times 10^{-13}\)
Формула: [Н 3 О +] = 10 -14/[ОН -] = 10 -14 /0,10 = 1,0 х 10 -13.
Чим розрахувати рН:\(p H=-\log \left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]=-\log \left(1.0 \times 10^{-13}\right)=13.00\)
В якості основи 0.010M і 0.10M поступово додаються в попередніх двох іспитах до нейтральної води при рН 7, рН збільшується з 7 до 12 до 13.
Показник рН основного розчину більше 7. Чим основніше розчин, тим вище рН.
Вимірювання рН
РН зазвичай вимірюється в лабораторіях цифровими рН-метрами. Електрод рН-метра спочатку калібрують розчинами відомих значень рН, а потім електрод занурюють у досліджуваний розчин, щоб прочитати його значення рН. Доступні універсальні папери з індикатором рН, які перетворюються на певний колір при розміщенні в розчині. Показник рН зчитується шляхом зіставлення кольору тестового паперу з кольором на графіку. На рис. 6.6.1 показаний цифровий рН-метр і два універсальних pH, що вказують документи, які зазвичай використовуються для вимірювання рН в лабораторіях.
![](https://chem.libretexts.org/@api/deki/files/403151/clipboard_ee7c8779e9040b8a816594a17f84504a7.png)
![](https://chem.libretexts.org/@api/deki/files/403152/clipboard_e76bc316ff13b3eb681f06cb5ae9b3e39.png)
![](https://chem.libretexts.org/@api/deki/files/403153/clipboard_ea70392e8380db7711908243a4dddcc43.png)
Показники рН - це слабкі кислоти або слабкі підстави, які змінюють колір в певному діапазоні рН. Кілька крапель розчину індикаторного паперу pH додають в досліджуваний розчин, в якому pH змінюють шляхом додавання кислоти або основи. Зміна кольору розчину вказує на діапазон рН, в якому індикатор змінює колір. На малюнку 6.6.2 показані кольори та діапазони переходу кольорів деяких загальних показників рН.
![](https://chem.libretexts.org/@api/deki/files/403155/clipboard_e82e5dd500724f39aeec6799034fa4be6.png)
Розрахунок концентрації іонів гідронію від рН
Формулу розрахунку молярної концентрації іонів гідронію [H 3 O +] отримують шляхом перестановки формули рН. \(p H=-\log \left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]\), Перевлаштовує на:\(\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]=\operatorname{antilog}(-p H)=10^{-p H}\).
Обчисліть [H 3 O +] зразка сечі, який має рН 7,56?
Рішення
Дано: рН = 7,56, Бажано: [H 3 O +] =?
Формула:\(\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]=10^{-p H}\).
Підключіть значення і розрахуйте:\(\left[H_{3} O^{+}\right]=10^{-p H}=10^{-(7.56)}=2.8 \times 10^{-8} M\)
Послідовність клавіш для обчислення на науковому калькуляторі Microsoft Window (останнє поле - це висновок послідовності ключів):
Розрахункова відповідь у наведеному вище прикладі являє собою довге число, але воно округляється до двох значущих цифр, показаних жирним шрифтом в 2.8\(\times 10^{-8} M\), тому що дане число pH 7. 56 має дві значні цифри, показані жирним шрифтом.
Значення шкали рН
Шкала рН варіюється від ~0 до ~14. РН 7 нейтральний, рН більше 7 - основний, а рН менше 7 - кислий, як показано на рис. 6.6.3. Різні продукти харчування мають різні значення рН, як показано на рис.6.1.1. Аналогічно, кілька кислот і основ в побутовому використанні мають специфічний діапазон рН, як показано на рис. 6.6.3.
![Показаний рН деяких поширених побутових речовин разом зі шкалою рН](https://chem.libretexts.org/@api/deki/files/403156/clipboard_e94db04550bc05ae35cd78bca2c2782dc.png)
Контроль рН має важливе значення для правильного функціонування біологічних систем. Рослини процвітають, якщо грунт не має занадто кислого або занадто основного рН. Недоліки та реверси мають певний діапазон рН, в якому водні мешканці можуть вижити. Природна вода США має рН в діапазоні від 6,5 до 8,5. Морська вода має специфічний вузький діапазон рН 7,5 до рН 8,4, в якому життя в морі може функціонувати правильно.
РН рідин організму
Рідини організму людини змінюються по рН, як показано на рис. 6.6.4. Слина в роті слабо кисла, але шлунок має найнижчий рН в організмі. Сильно кислий рН у шлунку допомагає перетравлювати деякі продукти, а також допомагає вбивати бактерії, які можуть потрапляти в шлунок через продукти. Коли їжа потрапляє в товсту кишку, рН змінюється на основний, що допомагає перетравлювати продукти, які не могли бути перетравлені в кислому середовищі шлунка. РН змінюється на більш основний в тонкому кишечнику.
![Показаний рН в різних рідинях людського організму](https://chem.libretexts.org/@api/deki/files/403157/clipboard_e7e6535ae109d41b80b8b3b3969a32bbf.png)
Кров має рН 7,4, і він може варіюватися в невеликому діапазоні від 7,35 до 7,45. Якщо рН крові виходить за межі діапазону від 7,35 до 7,45, це може призвести до медичних проблем. Ферменти в організмі потребують певного діапазону рН, оскільки водневий зв'язок відіграє життєво важливу роль у структурах, необхідних для правильного функціонування. Зміни рН впливають на водневий зв'язок і можуть зробити ферменти менш активними або можуть інактивувати їх. РН крові підтримується комплексною дією буферів, які описані в більш пізніх розділах. РН сечі може варіюватися в широкому діапазоні від 4,6 до 8, залежно від недавньої дієти і вправ.
Кислотний дощ
Кислі гази, такі як NO, NO 2, N 2 O 4, SO 2, виділяються в навколишнє середовище переважно під час спалювання викопного палива. Ці гази розчиняються в дощовій воді і роблять дощ кислим. Наприклад, діоксид сірки розчиняється у воді і робить сірчану кислоту:
\[\mathrm{SO}_{2}(\mathrm{~g})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{I}) \rightleftarrows \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{3}(\mathrm{aq})\nonumber\]
Кислотний дощ завдає шкоди навколишньому середовищу, роблячи грунт, річкову воду та брак води кислими. Кислий грунт і вода, в свою чергу, впливають на рослини і водне життя. Кисла вода також вступає в реакцію з карбонатом кальцію і роз'їдає метали, які відповідають за пошкодження скульптури та інших конструкцій, як показано на рис. 6.6.5, рис. 6.6.6, і рис.6.7.
![clipboard_ed039e28015b770cb4f006f7502867608.png](https://chem.libretexts.org/@api/deki/files/404211/clipboard_ed039e28015b770cb4f006f7502867608.png)
![](https://chem.libretexts.org/@api/deki/files/404214/clipboard_eaabf4665129eca3ce851126109e0c80d.png)
![](https://chem.libretexts.org/@api/deki/files/404215/clipboard_e80dd1eafc0f057d33fd98ef06d051bca.png)