Содержание статьи
    Также по теме

    ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ (РН)

    ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ (РН). Одно из важнейших свойств водных растворов – их кислотность (или щелочность), которая определяется концентрацией ионов Н+ и ОН(см. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ. ЭЛЕКТРОЛИТЫ). Концентрации этих ионов в водных растворах связаны простой зависимостью [H+][OH] = Кw; (квадратными скобками принято обозначать концентрацию в единицах моль/л). Величина Kw называется ионным произведением воды и при данной температуре постоянна. Так, при 0оС она равна 0,11Ч10–14, при 20оС – 0,69Ч10–14, а при 100оС – 55,0Ч10–14. Чаще всего пользуются значением Kw при 25оС, которое равно 1,00Ч10–14. В абсолютно чистой воде, не содержащей даже растворенных газов, концентрации ионов Н+ и ОН равны (раствор нейтрален). В других случаях эти концентрации не совпадают: в кислых растворах преобладают ионы Н+, в щелочных – ионы ОН. Но их произведение в любых водных растворах постоянно. Поэтому если увеличить концентрацию одного из этих ионов, то концентрация другого иона уменьшится во столько же раз. Так, в слабом растворе кислоты, в котором [H+] = 10–5 моль/л, [OH] = 10–9 моль/л, а их произведение по-прежнему равно 10–14. Аналогично в щелочном растворе при [OH] = 3,7Ч10–3 моль/л [H+] = 10–14/3,7Ч10–3 = 2,7Ч10–11 моль/л.

    Из сказанного следует, что можно однозначно выразить кислотность раствора, указав концентрацию в нем только ионов водорода. Например, в чистой воде [H+] = 10–7 моль/л. На практике оперировать такими числами неудобно. Кроме того, концентрации ионов Н+ в растворах могут отличаться в сотни триллионов раз – примерно от 10–15 моль/л (крепкие растворы щелочей) до 10 моль/л (концентрированная соляная кислота), что невозможно изобразить ни на каком графике. Поэтому давно договорились для концентрации ионов водорода в растворе указывать только показатель степени 10, взятый с обратным знаком; для этого концентрацию следует выразить в виде степени 10х, без множителя, например, 3,7Ч10–3 = 10–2,43. (При более точных расчетах, особенно в концентрированных растворах, вместо концентрации ионов используют их активности.) Этот показатель степени получил название водородного показателя, а сокращенно рН – от обозначения водорода и немецкого слова Potenz – математическая степень. Таким образом, по определению, рН = –lg[Н+]; эта величина может изменяться в небольших пределах – всего от –1 до 15 (а чаще – от 0 до 14). При этом изменению концентрации ионов Н+ в 10 раз соответствует изменение рН на одну единицу. Обозначение рН ввел в научный обиход в 1909 датский физикохимик и биохимик С.П.Л.Сёренсен, который занимался в то время изучением процессов, происходящих при сбраживании пивного солода, и их зависимостью от кислотности среды.

    При комнатной температуре в нейтральных растворах рН = 7, в кислых растворах рН < 7, а в щелочных рН > 7. Приблизительно значение рН водного раствора можно определить с помощью индикаторов. Например, метиловый оранжевый при рН < 3,1 имеет красный цвет, а при рН > 4,4 – желтый; лакмус при рН < 6,1 красный, а при рН > 8 – синий и т.д. Более точно (до сотых долей) значение рН можно определить с помощью специальных приборов – рН-метров. Такие приборы измеряют электрический потенциал специального электрода, погруженного в раствор; этот потенциал зависит от концентрации ионов водорода в растворе, и его можно измерить с высокой точностью.

    Интересно сравнить значения рН растворов различных кислот, оснований, солей (при концентрации 0,1 моль/л), а также некоторых смесей и природных объектов. Для малорастворимых соединений, отмеченных звездочкой, приведены рН насыщенных растворов.

    Таблица 1. Водородные показатели для растворов

    Раствор РН
    HCl 1,0
    H2SO4 1,2
    H2C2O4 1,3
    NaHSO4 1,4
    Н3РО4 1,5
    Желудочный сок 1,6
    Винная кислота 2,0
    Лимонная кислота 2,1
    HNO2 2,2
    Лимонный сок 2,3
    Молочная кислота 2,4
    Салициловая кислота 2,4
    Столовый уксус 3,0
    Сок грейпфрута 3,2
    СО2 3,7
    Яблочный сок 3,8
    H2S 4,1
    Моча 4,8–7,5
    Черный кофе 5,0
    Слюна 7,4–8
    Молоко 6,7
    Кровь 7,35–7,45
    Желчь 7,8–8,6
    Вода океанов 7,9–8,4
    Fe(OH)2 9,5
    MgO 10,0
    Mg(OH)2 10,5
    Na2CO3 11
    Ca(OH)2 11,5
    NaOH 13,0

    Таблица позволяет сделать ряд интересных наблюдений. Значения рН, например, сразу показывают сравнительную силу кислот и оснований. Хорошо видно также сильное изменение нейтральной среды в результате гидролиза солей, образованных слабыми кислотами и основаниями, а также при диссоциации кислых солей.