Характеристика кислотности растворов.
Для химически чистой (дистиллированной воды) [H+] = [OH-] = 10-7 моль/л. Если в воду добавить кислоту, то [H+] станет больше 10-7 моль/л, а [OH-] меньше 10-7 моль/л. И наоборот, если к воде добавить щелочь, то [H+] станет меньше 10-7 моль/л, а [OH-] больше 10-7 моль/л.
В зависимости от концентрации ионов [H+] или [OH-] в растворах различают 3 основных типа сред:
Нейтральная среда – среда, в которой концентрации ионов [H+] и [OH-] одинаковы:
[H+] = [OH-] = 10-7 моль/л
Кислая среда – среда, в которой концентрация ионов [H+] больше [OH-]:
[H+] ≥ [OH-]; [H+] ≥ 10-7 моль/л
Щелочная среда – среда, в которой концентрация ионов [H+] меньше [OH-]:
[H+] ≤ [OH-]; [H+] ≤ 10-7 моль/л
Пользуясь уравнением ионного произведения воды [H+] [OH-] = 10-14, можно вычислить концентрацию одного иона, если известна концентрация другого.
Пример 1. В растворе [H+] = 10-2 моль/л. Определите [OH-], какая среда у данного раствора?
Решение:
[OH-] = К H2O = 10-14/ 10-2 = 10-12 моль/л; среда – кислая.
[H+]
Для характеристики сред водных растворов пользуются не величиной концентрации ионов водорода или гидроксид-ионов в ней, а так называемым водородным показателем рН.
4. Водородный показатель (рН) раствора численно равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода в этом растворе:
рН = - lg[Н+]
В нейтральной среде рН = - lg 10-7 = 7
В кислой среде рН ≤ 7, чем меньше значение рН, тем больше кислотность раствора. В щелочной среде рН ≥ 7, чем больше значение рН, тем больше щелочность раствора.
Зависимость между концентрацией [Н+] и средой раствора представляют в виде схемы (Барковский стр. 31).
Существуют различные методы измерения рН. Количественно можно высчитать применив формулы для расчета рН сильных и слабых кислот и оснований, а так же с помощью рН-метра. Качественно реакцию среды и рН растворов определяют с помощью индикаторов.
5. Индикаторы – это вещества, которые обратимо изменяют цвет в зависимости от среды растворов, т.е. от рН раствора.
Чаще других применяют лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый. Они изменяют свою окраску в малом интервале значений рН.
Широко применяются смеси индикаторов, позволяющие определить значение рН растворов в большом диапазоне концентраций (1-10; 0-12). Растворами таких смесей - «универсальных индикаторов» обычно пропитывают полоски «индикаторной бумаги», с помощью которых можно быстро и точно определить кислотность исследуемых водных растворов. Для более точного определения полученный при нанесении капли раствора цвет индикаторной бумаги немедленно сравнивают с эталонной цветовой шкалой.
Кислотность среды имеет важное значение для множества химических процессов, и возможность протекания или результат той или иной реакции часто зависит от pH среды. Для поддержания определённого значения pH в реакционной системе при проведении лабораторных исследований или на производстве применяют буферные растворы, которые позволяют сохранять практически постоянное значение pH при разбавлении или при добавлении в раствор небольших количеств кислоты или щёлочи.
Водородный показатель pH широко используется для характеристики кислотно-основных свойств различных биологических сред. Например, рН сыворотки крови – 7,4; желудочного сока – 1,85; слезной жидкости – 7,7, мочи – 6,0-7,0.
Кислотность реакционной среды особое значение имеет для биохимических реакций, протекающих в живых системах. Концентрация в растворе ионов водорода часто оказывает влияние на физико-химические свойства и биологическую активность белков и нуклеиновых кислот, поэтому для нормального функционирования организма поддержание кислотно-основного гомеостаза является задачей исключительной важности. Динамическое поддержание оптимального pH биологических жидкостей достигается благодаря действию буферных систем организма.
