PH érték
Sablon: KIJELZŐ: pH-érték Der PH érték a vizes oldat savas vagy bázikus hatásának erősségének mértéke. Logaritmikus mennyiségként az oxoniumion-koncentráció (pontosabban: az oxóniumionaktivitás) −1-gyel megszorzott decadikus logaritmusa (= "logaritmus") határozza meg. A kifejezés abból ered oondus Hydrogenii vagy ootentia Hydrogenii (latin pondus, n. = súly; potentia, f. = erő; hidrogén, n. = hidrogén).
A kDiss = c (H +) c (OH -) = 10 −14 mol 2/liter 2 víz disszociációs állandója alapján az értéktartományok a következőkre oszlanak:
- A pH 7 lúgos oldatnak felel meg (bázikus hatás)
Ez azonban csak tiszta vízre és híg oldatokra vonatkozik 25 ° C-on.
További ajánlott szakismeretek
A laboratóriumi mérlegek napi szemrevételezése
Magasabb mérési teljesítmény 6 egyszerű lépésben
8 lépés egy tiszta skálán - és 5 megoldás a tisztaság megőrzéséhez
Tartalomjegyzék
A pH-érték mérése
Az oldat pH-értékét különböző módszerekkel lehet meghatározni:
Galvanometria
A legtöbb kereskedelemben kapható pH-mérő ezen az elven alapul. Kálium-klorid-oldattal töltött üvegmembrángolyót merítünk a mérendő folyadékba. Mivel a hidrogénionok hajlamosak vékony rétegekben felhalmozódni az üvegfelületen, galvánfeszültség alakul ki a gömb belsejében. Létrejön egy galvánelem, amelynek elektromotoros erejét a hidrogénionoktól független referenciaelektródhoz viszonyítva mérjük (lásd a pH-elektródot).
Mérés ionérzékeny térhatású tranzisztorokkal (ISFET)
Az üvegelektródhoz hasonlóan a hidrogénionok potenciált építenek fel a tranzisztor érzékeny kapumembránján, amely ezután befolyásolja a tranzisztor áramáteresztő képességét, és így méréstechnika segítségével megvalósítható.
Kolorimetria indikátorfesték reakcióján alapul
| Akkusav | 1.0 | mérges |
| Gyomorsav (üres gyomor) | 1,0-1,5 | |
| Citromlé | 2.4 | |
| kóla | 2-3 | |
| Morello gyümölcslé | 2.7 | |
| ecet | 2.9 | |
| Narancs- és almalé | 3.5 | |
| Bor | 4.0 | |
| Aludt tej | 4.5 | |
| sör | 4,5-5,0 | |
| savas eső | 8,3 = kék), fenolftalein (pH 10,0 = rózsaszín), metil narancs (pH 4,4 = sárga) és brómtimol kék (pH 7,6 = kék). |
meghatározás
Nagyon erős savakhoz (pks érték
Ebben az esetben az aktivitást a kémiai potenciál határozza meg, ezért dimenzió nélküli. A pH ezen meghatározását azonban ritkán alkalmazzák egyszerű számításokban. Inkább az egyszerűség kedvéért elégedik meg azzal a megközelítéssel, hogy a híg oldatok oxonium aktivitását az oxónium ionok koncentrációjával (mol/dm 3 -ben) állítjuk be:
A tevékenységekhez hasonlóan a pH-érték is dimenzió nélküli mennyiség.
Gyenge savakra azonban a Henderson-Hasselbalch egyenlet érvényes.
A pH-értékhez hasonlóan meghatározható egy pOH-érték is, amely viszont az OH - aktivitás decadikus logaritmusát reprezentálja −1-gyel; az OH-aktivitást mol/dm³-ben mérjük.
A két érték összefügg az autoprotolízis egyensúlyával:
A víz aktivitásának logaritmusa itt nagyjából megegyezik a nullával, mivel a víz aktivitása a híg oldatok esetében nagyjából megegyezik az eggyel, ezért eltűnik. Az egyensúlyi állandó normál körülmények között 10 −14, tehát a pH és a pOH érték közötti kapcsolat:
Egyéb oldószerek pH-ja
Egyfajta "pH" másoknak is szól protikus Az oldószerek (vagyis azok, amelyek protonokat képesek átvinni) meghatározzák és alapulnak ezen oldószerek autoprotolízisén is. Az általános válasz a következő:
2LH LH2 + + L - (az autoprotolízis általános formulája)
- LH2 + = lítiumion
- L - = liátion
A K egyensúlyi állandó itt általában kisebb, mint a víz iontermékének értéke.
A pH-értéket ezután a következőképpen határozzuk meg (a p index azt jelzi, hogy az oldatok nem vizesek, hanem protikusak):
pHp = -lg [LH2 +]
| (vízmentes) hangyasav | 2HCOOH HCOOH2 + + HCOO - |
| ammónia | 2NH3 NH2 - + NH4 + |
| Jégecet | 2CH3COOH CH3COO - + CH3COOH2 + |
| Etanol | 2C2H5OH C2H5OH2 + + C2H5O - |
Kapcsolat savakkal és bázisokkal
Ha a savakat vízben oldjuk, disszociálják a hidrogénionokat a vízbe, és ezáltal csökkentik a pH-értéket. Ha viszont a bázisok feloldódnak, akkor vagy hidroxil-ionokat (pl. NaOH) szabadítanak fel, amelyek megkötik a víz disszociációjából származó hidrogénionokat, vagy maguk is hidrogénionokat (pl. Ammónia → ammónium) kötnek meg. Ennek eredményeként a bázisok növelik a pH-értéket. Ez teszi a pH-t az oldatokban lévő savak és bázisok mennyiségének mérésére. Az erősségtől függően a sav vagy a bázis kisebb-nagyobb mértékben disszociál, és így különböző mértékben befolyásolja a pH-értéket.
A legtöbb vizes oldatban a pH-érték nagyjából 0 (erősen savas) és 14 (erősen lúgos) között van, bár ezeket a határokat egy-egy egységgel túllépik csak erős savak és bázisok 1 moláris oldatában (−1 és 15 ). A valaha volt legalacsonyabb pH-érték jelenleg -3,6 (egy kaliforniai piritbányában [1]). A pH-skálát csak a savak vagy bázisok vízben való oldhatósága korlátozza. Extrém pH-értékek vagy koncentrált oldatok esetén a pH-érték meghatározása szerint koncentrációk helyett aktivitásra kell számítani. Ezek a számítások azonban nagyon összetettek.
A legtöbb pH-elektróda szinte lineárisan viselkedik a 0 és 14 közötti mérési tartományban (vagyis a pH-érték ugyanazok a különbségei megfelelnek a mért elektródpotenciál szinte állandó különbségeinek), így a nemzetközi egyezmény szerint a pH-értékeket általában csak közvetlenül ebben a tartományban lehet mérni.
Különösen fontosak a gyenge sav és sói vagy gyenge bázisok sóikkal ("pufferkomponensek") készített vegyes oldatai. Az ilyen megoldásokat pufferoldatoknak nevezzük. Itt olyan pH-értékeket állapítanak meg, amelyek közel állnak a savállandók vagy bázisállandók negatív logaritmikus értékéhez. Más erősebb savak vagy bázisok hozzáadásakor azok pH-értéke lényegesen kevésbé változik, mint amikor ezeket a megfelelő savakat és bázisokat tiszta ("nem pufferolt") vízhez adjuk. Ez addig érvényes, amíg a pufferkapacitás ki nem merül, mégpedig akkor, amikor a hozzáadott mennyiség meghaladja az általa használt pufferkomponens készletét.
Ha tiszta vizet hagy a levegőben, az a hőmérséklettől függően elnyeli a szén-dioxidot, körülbelül 0,3–1 mg/l. Szénsav képződik, amely hidrogén-karbonáttá disszociál:
Ez körülbelül 5-re állítja a pH-t.
A pH-érték kiszámítása ismert sav- és báziskoncentrációval
Ha a savak és bázisok koncentrációja vizes oldatban ismert, akkor a pH-érték is kiszámítható. Az erős savak pH-értéke megfelel a sav koncentrációjának negatív dekadikus logaritmusának, mivel feltételezzük, hogy a sav koncentrációja megfelel az oxóniumionok koncentrációjának, és nem veszi figyelembe a víz autoprotolízisét.
A gyenge savak pH-értéke körülbelül a fele a pKS érték és a savkoncentráció dekadikus logaritmusa közötti különbségnek:
[S.]: Koncentrációja gyengeségek Sav mol/l-ben.
Ezek a számítások nagyon hasznosak lehetnek egy adott pH-jú oldatok készítéséhez.
Egy sav vagy bázis oldata és a hozzájuk tartozó só (lásd még a pufferoldatot) esetében a pH-érték elég jól kiszámítható az úgynevezett Henderson-Hasselbalch egyenlet segítségével.
A multiprotonsavak esetében az első protolízis szakasz értéke megközelítőleg kiszámítható (a legalacsonyabb pKa érték) és felhasználható, mivel a második szakasznak általában csak lényegesen kisebb hatása van. A pontos számítás azonban rendkívül időigényes, mivel összekapcsolt egyensúlyi rendszerekről van szó (az első protolízis szakaszból származó oxóniumionok hatással vannak a másodikra és fordítva). Hasonlóan bonyolultnak tűnik több sav és/vagy bázis keverékével, pontos algebrai megoldás általában már nem lehetséges, és az egyenleteket iteratív módszerekkel numerikusan kell megoldani. Ezenkívül nagyon magas sav- vagy báziskoncentráció esetén meg kell jegyezni, hogy az a közelítés, hogy az oxóniumionok aktivitása megegyezik mol/dm 3 koncentrációjukkal, már nem érvényes.
Hőmérsékletfüggés
A különböző oldatok pH-értékei hőmérsékletfüggőek. Ezt egy 1 mólos fenolos oldat példáján szemléltetjük. Tegyük fel, hogy az oldat hőmérséklete 30 ° C. A fenol (PhOH) pKa értéke 10. Így az oldat pH-ja 4,5 körül van. Ha a hőmérséklet változik, akkor alapvetően három - általában párosult - hatás léphet fel, amelyek közül az első messze a legfontosabb:
- A fenol disszociációjának K egyensúlyi állandója növekszik a hőmérséklet növekedésével, és így a sav disszociációja is. Ha K növekszik, itt csökken a pH-érték, és fordítva.
- :
- Amikor a hőmérséklet 30 ° C-ról 20 ° C-ra csökken, a fenol vízben kevésbé oldódik, és csak kb. 0,9 mol/l oldódik. Ebben az esetben a pH 4,55 körülire emelkedik. Ez a hatás csak az oldhatósági telítettséghez közeli megoldások esetében játszik szerepet.
- Amikor a hőmérséklet emelkedik, az oldat térfogata kissé megnő. Ez csökkenti a fenol moláris koncentrációját. Így a pH-érték nő, bár alig mérhető. Hasonló módon a pH-érték csökken, amikor a hőmérséklet csökken.
A pH-érték fontossága
A pH hatása a kémia területén
Néhány kémiai vegyület megváltoztatja kémiai szerkezetét a pH-értéktől és ezért a színétől is (lásd a mutatót (kémia) vagy a fenolftaleint).
Sok kémiai reakcióban a pH-érték befolyásolja a reakció sebességét. Ilyen reakciókban a hidrogénionok gyakran katalizátor szerepet játszanak. Ennek egyik példája az aminoplasztok gyógyítása.
A pH hatása a növény növekedésére
Alapvetően a talaj pH-értéke befolyásolja a tápanyag-sók elérhetőségét (pl. Vashiány semleges és lúgos pH-értékeken). Ezenkívül az extrém pH-értékek károsítják a növény szerveit (savas eső, kémiai égési sérülések).
A foszfor, a kén és a hamuzsír mellett a nitrogénnek különös jelentősége van a növények tápanyag-egyensúlyában. A nitrogén szinte mindig vízben oldódó ammónium (NH4 + ionok) vagy gyakrabban nitrát (NO3 - ionok) formájában szívódik fel. Az ammónium és a nitrát egyensúlyban van a 7-es pH-értékű talajokban. Savas talajban az NH4 + ionok, a lúgos talajban az NO3 ionok vannak túlsúlyban.
Ha egy növény a gyökérmembrán permeabilitása miatt csak az NH4 + -ot képes felszívni, akkor savas talajokhoz kötődik, és ennek megfelelően kötelezően acidofil (savszerető). Ha csak a nitrát NO3-t képes felszívni, akkor csak bázisokban gazdag talajokon nőhet (kötelező basophil). Ha azonban mind az ammóniumot, mind a nitrátot képes felszívni, akkor savas és lúgban gazdag talajon is növekedhet. Ásványi műtrágyákban ammónium-nitrátot (NH4NO3), ammónium- és nitrátionokból készült sót használnak.
Ha a pH-érték túl magas vagy alacsony, a talaj tápanyagai rögzülnek, ezért a növények számára csak elégtelenül állnak rendelkezésre. Ezenkívül, ha a pH-érték nagyon alacsony, mérgező anyagok szabadulnak fel a talajból a növények számára. Ide tartoznak az alumínium és a mangánionok.
Lásd még: Talaj pH-ja, Kalkstet, Meszes talaj, Talaj savanyítása, Tengeri savanyítás
A pH jelentősége az emberekben
A vér és a sejtfolyadék pH-értéke meghatározó jelentőségű. A vér pH-értékét az oldott fehérjék, sók és gázok komplex egyensúlya állítja be, és erős kölcsönhatásban van a hemoglobinnal. Minél alacsonyabb a pH-érték, annál kevesebb oxigént képes megkötni (Bohr-effektus). Ha a vér pH-értékét a légzőszénsav csökkenti a szövetben, a hemoglobin ezért oxigént szabadít fel. Ezzel szemben, ha a tüdőben kilélegzik a szén-dioxidot, ott a vér pH-értéke megnő, és ezáltal a hemoglobin oxigénfelvevő képessége.
A pH-érték az emberi szaporodásban is meghatározó jelentőségű. Míg a hüvelyi környezet savas a kórokozók elhárításához, a férfi spermájának pH-értéke lúgos. A nemi kapcsolat során bekövetkező semlegesítési reakció optimális környezethez vezet a spermium mozgása szempontjából.
Az emberi bőr is enyhén savas (pH 5,5). Ez a savköpeny védelmet nyújt a kórokozókkal szemben. A általában bázikus szappanok „kiszárítják” a bőrt, mert elpusztítják a savas réteget. A "pH-bőr-semleges" szappannak ezért nincs semleges, de enyhén savas pH-értéke.
A pH-érték fontossága akváriumoknál
Bizonyos pH-értéket meg kell tartani az akváriumokban lévő növények és halak számára. Az élőlényeknek van egy tolerancia tartománya a pH-értékhez, és nem tudnak túlélni rajta kívül. Az akváriumban található növények általában nagyobb tűréshatárral rendelkeznek, mint a halak.
Irányértékek az akváriumi halakhoz (édesvíz):
- Savas víz (pH ≈ 6):
- Dél-amerikaiak (neon, angelfish, discus, L-harcsa stb.)
- Ázsiaiak (guaramisok, gouramisok stb.)
- Semleges víz (pH ≈ 7)
- Közép-Amerika (tűz száj cichlid stb.)
- Alkáli víz (pH ≈ 8)
- Kelet-afrikai árok tavak (a Tanganyika-tó és a Malawi-tó cichlidjei stb.)
Az ivóvízről szóló rendelet szerint a csapból származó ivóvíz pH-értéke 6,5 és 9,5 között lehet. Ezért tanácsos lehet az akváriumot ivóvíz helyett kiváló minőségű forrásvízzel feltölteni. A vizet a kereskedelemben kapható kémiai készletek segítségével a kívánt pH-értékre is beállíthatjuk.