Водородный показатель среды растворов – pH. Загадочный рн-индикатор здоровья Кислотность нейтральная

Вспомните:

Реакция нейтрализации — это реакция между кислотой и щелочью, в результате которой образуются соль и вода;

Под чистой водой химики понимают химически чистую воду, не содержащую никаких примесей и растворенных солей, т. е. дистиллированную воду.

Кислотность среды

Для различных химических, промышленных и биологических процессов очень важной характеристикой является кислотность растворов, характеризующая содержание кислот или щелочей в растворах. Поскольку кислоты и щелочи являются электролитами, то для характеристики кислотности среды используют содержание ионов H+ или OH - .

В чистой воде и в любом растворе вместе с частицами растворенных веществ присутствуют также ионы H+ и OH - . Это происходит благодаря диссоциации самой воды. И хотя мы считаем воду неэлектролитом, тем не менее она может диссоциировать: H 2 O ^ H+ + OH - . Но этот процесс происходит в очень незначительной степени: в 1 л воды на ионы распадается только 1 . 10 -7 моль молекул.

В растворах кислот в результате их диссоциации появляются дополнительные ионы H+. В таких растворах ионов H+ значительно больше, чем ионов OH - , образовавшихся при незначительной диссоциации воды, поэтому эти растворы называют кислотными (рис. 11.1, слева). Принято говорить, что в таких растворах кислотная среда. Чем больше ионов H+ содержится в растворе, тем больше кислотность среды.

В растворах щелочей в результате диссоциации, наоборот, преобладают ионы OH - , а катионы H+ ввиду незначительной диссоциации воды почти отсутствуют. Среда таких растворов щелочная (рис. 11.1, справа). Чем выше концентрация ионов OH - , тем более щелочной является среда раствора.

В растворе поваренной соли количество ионов H+ и OH - одинаково и равно 1 . 10 -7 моль в 1 л раствора. Такую среду называют нейтральной (рис. 11.1, по центру). Фактически это означает, что раствор не содержит ни кислоты, ни щелочи. Нейтральная среда характерна для растворов некоторых солей (образованных щелочью и сильной кислотой) и многих органических веществ. У чистой воды также нейтральная среда.

Водородный показатель

Если сравнивать вкус кефира и лимонного сока, то можно смело утверждать, что лимонный сок намного кислее, т. е. кислотность этих растворов разная. Вы уже знаете, что в чистой воде также содержатся ионы H+, но кислого вкуса воды не ощущается. Это объясняется слишком малой концентрацией ионов H+. Часто бывает недостаточно сказать, что среда кислотная или щелочная, а необходимо количественно ее охарактеризовать.

Кислотность среды количественно характеризуют водородным показателем pH (произносится «пэ-аш»), связанным с концентрацией

ионов Гидрогена. Значение pH соответствует определенному содержанию катионов Гидрогена в 1 л раствора. В чистой воде и в нейтральных растворах в 1 л содержится 1 . 10 7 моль ионов H+, а значение pH равно 7. В растворах кислот концентрация катионов H+ больше, чем в чистой воде, а в щелочных растворах меньше. В соответствии с этим меняется и значение водородного показателя pH: в кислотной среде он находится в пределах от 0 до 7, а в щелочных — от 7 до 14. Впервые водородный показатель предложил использовать датский химик Педер Сёренсен.

Вы могли заметить, что значение pH связано с концентрацией ионов H+. Определение pH напрямую связано с вычислением логарифма числа, которое вы будете изучать на уроках математики в 11 классе. Но взаимосвязь между содержанием ионов в растворе и значением pH можно проследить по следующей схеме:



Значение рН водных растворов большинства веществ и природных растворов находится в интервале от 1 до 13 (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Значение рН различных природных и искусственных растворов

Сёрен Педер Лауриц Сёренсен

Датский физико-химик и биохимик, президент Датского королевского общества. Окончил Копенгагенский университет. В 31 год стал профессором Датского политехнического института. Возглавлял престижную физико-химическую лабораторию при пивоваренном заводе Карлсберга в Копенгагене, где сделал свои главные научные открытия. Основная научная деятельность посвящена теории растворов: он ввел понятие о водородном показателе (рН), изучал зависимость активности ферментов от кислотности растворов. За научные достижения Сёренсен внесен в перечень «100 выдающихся химиков XX века», но в истории науки он остался прежде всего как ученый, который ввел понятия «рН» и «рН-метрия».

Определение кислотности среды

Для определения кислотности раствора в лабораториях чаще всего используют универсальный индикатор (рис. 11.3). По его окраске можно определить не только наличие кислоты или щелочи, но и значение рН раствора с точностью до 0,5. Для более точного измерения рН существуют специальные приборы — рН-метры (рис. 11.4). Они позволяют определить рН раствора с точностью до 0,001-0,01.

Используя индикаторы или рН-метры, можно следить за тем, как протекают химические реакции. Например, если к раствору натрий гидроксида приливать хлоридную кислоту, то произойдет реакция нейтрализации:

Рис. 11.3. Универсальным индикатором определяют приблизительное значение рН

Рис. 11.4. Для измерения pH растворов используют специальные приборы — рН-метры: а — лабораторный (стационарный); б — портативный

В этом случае растворы реагентов и продуктов реакции бесцветны. Если же в исходный раствор щелочи поместить электрод рН-метра, то о полной нейтрализации щелочи кислотой можно судить по значению рН образованного раствора.

Применение водородного показателя

Определение кислотности растворов имеет большое практическое значение во многих областях науки, промышленности и других сферах жизни человека.

Экологи регулярно измеряют рН дождевой воды, воды рек и озер. Резкое повышение кислотности природных вод может быть следствием загрязнения атмосферы или попадания в водоемы отходов промышленных предприятий (рис. 11.5). Такие изменения влекут за собой гибель растений, рыбы и других обитателей водоемов.

Водородный показатель очень важен для изучения и наблюдения процессов, происходящих в живых организмах, т. к. в клетках протекают многочисленные химические реакции. В клинической диагностике определяют pH плазмы крови, мочи, желудочного сока и др. (рис. 11.6). Нормальное значение pH крови — от 7,35 до 7,45. Даже небольшое изменение pH крови человека вызывает серьезные заболевания, а при рН = 7,1 и ниже начинаются необратимые изменения, которые могут привести к смерти.

Для большинства растений важна кислотность почвы, поэтому агрономы заранее проводят анализ почв, определяя их рН (рис. 11.7). Если кислотность слишком велика для определенной культуры, почву известкуют — добавляют мел или известь.

В пищевой промышленности при помощью кислотно-основных индикаторов проводят контроль качества продуктов питания (рис. 11.8). Например, в норме для молока pH = 6,8. Отклонение от этого значения свидетельствует либо о наличии посторонних примесей, либо о его скисании.

Рис. 11.5. Влияние уровня pH воды в водоемах на жизнедеятельность растений в них

Важным является значение pH для косметических средств, которые мы используем в быту. В среднем для кожи человека pH = 5,5. Если кожа контактирует со средствами, кислотность которых существенно отличается от этого значения, то это влечет преждевременное старение кожи, ее повреждение или воспаление. Было замечено, что у прачек, которые длительное время использовали для стирки обычное хозяйственное мыло (pH = 8-10) или стиральную соду (Na 2 CO 3 , pH = 12-13), кожа рук становилась очень сухой и покрывалась трещинами. Поэтому очень важно использовать различные косметические средства (гели, кремы, шампуни и т. д.) с pH, близким к естественному pH кожи.

ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПЫТЫ № 1-3

Оборудование: штатив с пробирками, пипетка.

Реактивы: вода, хлоридная кислота, растворы NaCl, NaOH, столовый уксус, универсальный индикатор (раствор или индикаторная бумага), пищевые продукты и косметическая продукция (например, лимон, шампунь, зубная паста, стиральный порошок, газированные напитки, соки и т. д.).

Правила безопасности:

Для опытов используйте небольшие количества реактивов;

Остерегайтесь попадания реактивов на кожу, в глаза; при попадании едкого вещества смойте его большим количеством воды.

Определение ионов Гидрогена и гидроксид-ионов в растворах. Установление приблизительного значения pH воды, щелочных и кислых растворов

1. В пять пробирок налейте по 1-2 мл: в пробирку № 1 — воды, № 2 — хлоридной кислоты, № 3 — раствора натрий хлорида, № 4 — раствора натрий гидроксида и № 5 — столового уксуса.

2. В каждую пробирку добавьте по 2-3 капли раствора универсального индикатора или опустите индикаторную бумагу. Определите pH растворов, сравнивая цвет индикатора по эталонной шкале. Сделайте выводы о наличии в каждой пробирке катионов Гидрогена или гидроксид-ионов. Составьте уравнения диссоциации этих соединений.

Исследование pH пищевой и косметической продукции

Испытайте универсальным индикатором образцы пищевых продуктов и косметической продукции. Для исследования сухих веществ, например, стирального порошка, их необходимо растворить в небольшом количестве воды (1 шпатель сухого вещества на 0,5-1 мл воды). Определите pH растворов. Сделайте выводы о кислотности среды в каждом из исследованных продуктов.


Ключевая идея

Контрольные вопросы

130. Наличием каких ионов в растворе обусловлена его кислотность?

131. Какие ионы содержатся в избытке в кислотных растворах? в щелочных?

132. Какой показатель количественно описывает кислотность растворов?

133. Каково значение рН и содержание ионов H+ в растворах: а) нейтральных; б) слабокислотных; в) слабощелочных; г) сильнокислотных; д) сильнощелочных?

Задания для усвоения материала

134. Водный раствор некоторого вещества имеет щелочную среду. Каких ионов больше в этом растворе: H+ или OH - ?

135. В двух пробирках находятся растворы нитратной кислоты и нитрата калия. Какие индикаторы можно использовать для определения, в какой пробирке содержится раствор соли?

136. В трех пробирках находятся растворы барий гидроксида, нитратной кислоты и кальций нитрата. Как с помощью одного реактива распознать эти растворы?

137. Из приведенного перечня выпишите отдельно формулы веществ, растворы которых имеют среду: а) кислотную; б) щелочную; в) нейтральную. NaCl, HCl, NaOH, HNO 3 , H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , Ba(OH) 2 , H 2 S, KNO 3 .

138. Дождевая вода имеет рН = 5,6. Что это означает? Какое вещество, содержащееся в воздухе, при растворении в воде определяет такую кислотность среды?

139. Какая среда (кислотная или щелочная): а) в растворе шампуня (рН = 5,5);

б) в крови здорового человека (рН = 7,4); в) в желудочном соке человека (рН = 1,5); г) в слюне (рН = 7,0)?

140. В составе каменного угля, используемого на теплоэлектростанциях, содержатся соединения Нитрогена и Сульфура. Выброс в атмосферу продуктов сжигания угля приводит к образованию так называемых кислотных дождей, содержащих небольшие количества нитратной или сульфитной кислот. Какие значения рН характерны для такой дождевой воды: больше 7 или меньше 7?

141. Зависит ли рН раствора сильной кислоты от ее концентрации? Ответ обоснуйте.

142. К раствору, содержащему 1 моль калий гидроксида, прилили раствор фенолфталеина. Изменится ли окраска этого раствора, если к нему добавить хлоридную кислоту количеством вещества: а) 0,5 моль; б) 1 моль;

в) 1,5 моль?

143. В трех пробирках без надписей находятся бесцветные растворы натрий сульфата, натрий гидроксида и сульфатной кислоты. Для всех растворов измерили значение рН: в первой пробирке — 2,3, во второй — 12,6, в третьей — 6,9. В какой пробирке содержится какое вещество?

144. Ученик купил в аптеке дистиллированную воду. рН-метр показал, что значение рН этой воды равно 6,0. Затем ученик прокипятил эту воду в течение длительного времени, заполнил контейнер до верха горячей водой и закрыл крышкой. Когда вода остыла до комнатной температуры, рН-метр определил значение 7,0. После этого ученик трубочкой пропускал воздух через воду, и рН-метр снова показал 6,0. Как можно объяснить результаты этих измерений рН?

145. Как вы считаете, почему в двух бутылках уксуса от одного производителя могут содержаться растворы с несколько различными значениями рН?

Это материал учебника

Анна Королёва

Время на чтение: 25 минут

А А

Не всем известно, что множество болезней происходят из-за одной причины – нарушения кислотно-щелочного баланса организма. Для улучшения и сохранения хорошего здоровья не зря многие врачи, диетологи и народные целители рекомендуют придерживаться сбалансированного рациона и пить воду в достаточном количестве. Что такое pH-баланс, какие продукты питания являются кислотными, а какие – щелочными? Обо всем подробно далее.

Кислотно-щелочной баланс в организме – что такое Ph?

Сокращение pH происходит от латинского словосочетания pondus Hydrogenii, что в переводе означает «вес водорода». pH является показателем содержания кислоты и щелочи в растворе, а проще говоря в ыражает количество водородных атомов.

Значение pH измеряется по шкале от 0 до 14, где интервал от 0 до 7 составляют положительные ионы водорода, интервал от 7,1 до 14 – отрицательные гидроксильные ионы.

Кислотно-щелочной баланс в организме также измеряется показателем pH: значения более 7 означают щелочную реакцию, меньше 7 – кислую, pH=7 означает нейтральную реакцию. Очищенная вода соответствует этому значению. Если показатель ниже нормы 7,4 – это говорит об ацидозе – чрезмерном закислении, если выше значения 7,45 – об алкалозе – избытке щелочи, который встречается намного реже ацидоза.

На заметку! Значение pH мочи, слюны и крови у здорового человека

pH мочи

Значения мочи и слюны проверяются посредством лакмусовых тест-полосок.

Признаком хорошего здоровья по анализу мочи являются такие показатели: утром – 6-6,5; вечером – 6,5-7. Эти значения показывают степень усвоения щелочных минералов, необходимых для обезвреживания лишних кислот.

pH слюны

Хорошим при анализе слюны является показатель 6,4-7. Проверка уровня pH слюны наиболее достоверна утром натощак. Этот анализ показывает состояние органов пищеварения и количество ферментов в организме. В случае значения выше 7 у вас явные проблемы с работой желудка.

pH крови

В крови показатель pH колеблется в интервале от 7,35 до 7,46. Кислотность плазмы артериальной крови здорового человека составляет в среднем 7,4 рН, венозной – 7,35 рН. Значение pH крови проверяется методом забора крови из пальца. Если значение находится вне пределов указанной нормы – это говорит о каких-то серьезных заболеваниях и осложнениях.

Причины нарушения кислотно-щелочного баланса в организме

Кислотно-щелочной баланс человеческого организма отражает его здоровье. Так, большинство заболеваний возникают вследствие несбалансированного питания, когда в рационе преобладает кислотная пища, а количество употребляемой чистой воды недостаточно.

Наш идеальный рацион должен состоять на 2/3 из щелочных продуктов и лишь на 1/3 – из кислых. Однако с развитием аграрной цивилизации, а затем и современной пищевой промышленности ситуация постепенно менялась в худшую сторону и сегодня многие, а возможно большинство людей потребляют, напротив, около 1/3-1/4 щелочных продуктов, в то время как кислые продукты составляют большую часть рациона. Это приводит к дисбалансу в сторону закисленности организма – к ацидозу, следствием которого является быстрое старение всего тела.

Исследования ученых показали, что в древности человек питался на 1/3 животной пищей и на 2/3 растительной (разумеется, это не относится к народам Севера, которым и сейчас мяса требуется больше). То есть ранее наш рацион был преобладающе щелочной. Следовательно, кислотно-щелочной баланс был относительно лучше. Сегодня у большинства людей в рационе преобладают полуфабрикаты, консервы, кондитерские изделия, выпечка из муки тонкого помола, насыщенные жиры, рафинированная и мертвая пища, огромное количество кофе и фармацевтических препаратов, добавим ко всему курение и чрезмерное количество алкоголя – и получим ацидоз. Алкалоз – чрезмерное содержание щелочи встречается значительно реже и чаще всего вызван излишним приемом фармацевтических препаратов.

К каким заболеваниям приводит закисление и нужно ли ощелачивать организм?

В организме человека происходит саморегуляция кислотно-щелочного баланса.

При ацидозе выделяется щелочь на сохранение такого равновесия, но вместе с тем происходят процессы, приводящие к снижению благополучия всего организма:

  • Кислоты выделяются через ЖКТ, органы дыхания, кожу;
  • Кислоты накапливаются в мышцах и других тканях;
  • Кислоты нейтрализуются такими минералами как магний, калий, кальций, натрий.

Закисление приводит ко многим заболеваниям:

  • Так, при выходе солей кальция и магния из костей образуется остеопороз, слабость в мышечной системе, появляются заболевания суставов.
  • Уменьшение запасов щелочи в нервной ткани приводит к снижению интеллекта, возникновению большого риска психических расстройств или заболеваний, появляется хроническая усталость, бессонница, неуверенность в своих силах, депрессия, апатия.
  • При потере калия, натрия и магния нередко возникают заболевания сердечно-сосудистой системы, нарушения в работе почек, геморрой, подагра.
  • Нередко ацидоз доводит до диабета, инфаркта, атеросклероза, заболеваний зубов, бесплодия у мужчин и женщин.
  • Кроме того, закисление приводит к ряду заболеваний ЖКТ – к язвам, гастриту, запорам, тошноте, болям в желудке, горечи во рту.

В целом закисление организма вызывает более двух сотен заболеваний, в том числе и онкологические. Доказано, что раковые клетки способны жить лишь в кислой среде! Когда их помещают в среду с pH=6,5 – клетки рака растут на глазах, в то время как в среде 7,4 и выше они не выживают. То есть человеку просто жизненно необходимо создавать и сохранять щелочной показатель pH, поскольку любая вредная микрофлора рождается и развивается только в закисленной среде. Если организм закислен, необходимо проводить ощелачивание организма. Каким образом это делать – рассмотрим далее, после таблицы кислотности продуктов, напитков и минералов.

Таблицы кислых и щелочных продуктов питания, напитков и минералов

В этих таблицах средние значения pH продуктов, напитков и минералов разделяются на группы щелочных и кислотных.

Таблица 1. Кислые продукты, напитки и минералы

Тип Слабо
закисляющие 		Закисляющие Сильно
закисляющие
Фрукты, ягоды Гранат. Фруктовые соки с консервантами.
Овощи, бобовые Фасоль. Ревень. Какао.
Орехи, семечки, масла Семена тыквы и
подсолнечника,
подсолнечное масло. 		Кешью,
Пекан. 		Грецкий
орех,
Фундук,
Арахис.
Зерновые Красный рис. Кукуруза,
Гречка,
Овсянка,
Рис,
Рожь. 		Изделия из белой муки тонкого помола.
Мясо, рыба Морская рыба,
Раки,
Крабы,
Моллюски,
Дикая утка. 		Индейка,
Гусь,
Курица,
Кролик. 		Свинина,
Оленина,
Говядина.
Молочные продукты, яйца Яйца,
Кисломолочные продукты,
Творог,
Сливочное масло. 		Коровье молоко. Сыр.
Напитки Черный чай. Кофе. Газированные напитки,
Алкоголь.
Минералы Хлор,
Фосфор,
Сера.

Таблица 2. Щелочные продукты, напитки и минералы

Тип Слабо
ощелачивающие 		Ощелачивающие Сильно
ощелачивающие
Фрукты, ягоды Апельсины,
Персики,
Бананы,
Черника,
Авокадо,
Сливы. 		Груши,
Изюм,
Виноград,
Финики,
Яблоки,
Вишня. 		Лимон,
Манго,
Смородина,
Клубника,
Малина,
Грейпфрут,
Арбуз.
Овощи, бобовые Горох,
Картофель,
Помидоры,
Кукуруза,
Оливки,
Соя,
Капуста. 		Батат,
Свекла,
Салат,
Сельдерей,
Морковь,
Тыква. 		Шпинат,
Лук,
Спаржа,
Брокколи,
Чеснок,
Соки из овощей.
Орехи, семечки, масла Каштаны,
Рапсовое масло. 		Миндаль,
Льняное масло.
Зерновые Амарант. Чечевица.
Молочные продукты, яйца Молоко и сыр из сои,
Шубат.
Напитки Чай с имбирем,
женьшеневый чай. 		Зеленый чай,
Цикорий. 		Чаи на травах.
Минералы Магний,
Натрий,
Калий,
Кальций.

Как привести pH в норму и как удержать уровень кислотно-щелочного баланса в организме?

Чтобы pH постоянно был в норме и организм не изнашивался борьбой с лишней кислотностью, рацион человека должен состоять на 70-80% из щелочной пищи и лишь на 20-30% из кислых продуктов. Из них углеводная составляющая должна быть равна примерно 50%, жиры – 25%, белки – также 25%.

Чтобы привести кислотно-щелочной баланс в порядок, следует:

  • Есть больше разных фруктов, ягод и овощей, пить ощелачивающие напитки;
  • Количество употребляемого тяжелого мяса (свинина, говядина, конина) снизить и заменить рыбой или птицей (курица, индейка);
  • Прекратить или снизить употребление консервированных, жареных, соленых и копченых продуктов;
  • Отказаться от употребления пищи с искусственными добавками;
  • Отказаться от вредных привычек, чрезмерного потребления алкоголя и лекарственных препаратов (кроме самых необходимых);
  • Употреблять такие нерафинированные растительные масла как оливковое, льняное, кунжутное;
  • Употребляемые кондитерские изделия и сахар заменить натуральным медом, сухофруктами, горьким шоколадом;
  • Отказаться от выпечки из муки высшего сорта, вместо этого употреблять бездрожжевой или подсушенный хлеб из муки грубого помола;
  • Избегать употребления слишком горячей и слишком холодной пищи;
  • Если имеется лишний вес – снизить калорийность рациона;
  • Из сортов чая предпочтение отдать зеленому, белому и красному, а вот от кофе желательно отказаться;
  • Воду пить очищенную, природную, дистиллированную, талую или структурированную – выпивать необходимо 1,5-2 литра в сутки отдельно от приема пищи (не позднее, чем за 15 минут до еды и не ранее, чем через 1,5-2 часа после).

Кроме того, важно употреблять продукты не только в правильном соотношении, но также правильно их сочетать, поскольку одни союзы являются удачными, в то время как другие – нездоровыми:

  • Мясо, яйца, сыр, грибы хорошо сочетаются с зеленью и овощами, плохо – с крахмалами, другими жирами и белками;
  • Крахмалы хорошо сочетаются с растительными и животными жирами, зеленью и овощами, плохо – с белками, сахарами, фруктами;
  • Бобовые хорошо сочетаются с зеленью и овощами, плохо – с остальными продуктами;
  • Фрукты хорошо сочетаются с другими фруктами и ягодами, с некоторыми молочными продуктами, с орехами, плохо – с крахмалами, белками, сладостями.

Какие еще продукты нельзя есть вместе – читайте в нашей спецтеме .

История

Уравнения, связывающие pH и pOH

Вывод значения pH

В чистой воде при 25 °C концентрации ионов водорода () и гидроксид-ионов () одинаковы и составляют 10 -7 моль/л, это напрямую следует из определения ионного произведения воды , которое равно · и составляет 10 −14 моль²/л² (при 25 °C).

Когда концентрации обоих видов ионов в растворе одинаковы, говорят, что раствор имеет нейтральную реакцию. При добавлении к воде кислоты концентрация ионов водорода увеличивается, а концентрация гидроксид-ионов соответственно уменьшается, при добавлении основания - наоборот, повышается содержание гидроксид-ионов, а концентрация ионов водорода падает. Когда > говорят, что раствор является кислым , а при > - щелочным .

Для удобства представления, чтобы избавиться от отрицательного показателя степени, вместо концентраций ионов водорода пользуются их десятичным логарифмом, взятым с обратным знаком, который собственно и является водородным показателем - pH).

pOH

Несколько меньшее распространение получила обратная pH величина - показатель основности раствора, pOH, равная отрицательному десятичному логарифму концентрации в растворе ионов OH − :

как в любом водном растворе при 22 °C = 1,0 ×10 − 14 , очевидно, что при этой температуре:

Значения pH в растворах различной кислотности

  • Вопреки распространённому мнению, pH может изменяться не только в интервале от 0 до 14, а может и выходить за эти пределы. Например, при концентрации ионов водорода = 10 -15 моль /л, pH = 15, при концентрации ионов гидроксида 10 моль /л pOH = −1.
Некоторые значения pH
Вещество pH
Электролит в свинцовых аккумуляторах <1.0
Желудочный сок 1,0-2,0
Лимонный сок 2,5±0,5
Лимонад Кола 2,5
Уксус 2,9
Яблочный сок 3,5±1,0
Пиво 4,5
Кофе 5,0
Модный шампунь 5,5
Чай 5,5
Кислотный дождь < 5,6
Кожа здорового человека ~6,5
Слюна 6,35-6,85
Молоко 6,6-6,9
Чистая вода 7,0
Кровь 7,36-7,44
Морская вода 8,0
Мыло (жировое) для рук 9,0-10,0
Нашатырный спирт 11,5
Отбеливатель (хлорка) 12,5
Раствор соды 13,5

Так как при 25 °C (стандартных условиях) · = 10 -14 , то понятно, что при этой температуре pH + pOH = 14.

Так как в кислых растворах > 10 -7 , то pH кислых растворов pH < 7, аналогично pH щелочных растворов pH > 7, pH нейтральных растворов равен 7. При более высоких температурах константа диссоциации воды повышается, соответственно увеличивается ионное произведение воды, поэтому нейтральной оказывается pH < 7 (что соответствует одновременно возросшим концентрациям как H + , так и OH -); при понижении температуры, напротив, нейтральная pH возрастает.

Методы определения значения pH

Для определения значения pH растворов широко используют несколько методик. Водородный показатель можно приблизительно оценивать с помощью индикаторов, точно измерять pH-метром или определять аналитически путём, проведением кислотно-основного титрования.

  1. Для грубой оценки концентрации водородных ионов широко используются кислотно-основные индикаторы - органические вещества-красители , цвет которых зависит от pH среды. К наиболее известным индикаторам принадлежат лакмус , фенолфталеин , метиловый оранжевый (метилоранж) и другие. Индикаторы способны существовать в двух по-разному окрашенных формах - либо в кислотной, либо в основной. Изменение цвета каждого индикатора происходит в своём интервале кислотности, обычно составляющем 1-2 единицы.

Для расширения рабочего интервала измерения pH используют так называемый универсальный индикатор, представляющий собой смесь из нескольких индикаторов. Универсальный индикатор последовательно меняет цвет с красного через жёлтый , зелёный , синий до фиолетового при переходе из кислой области в щелочную. Определения pH индикаторным методом затруднено для мутных или окрашенных растворов.

  1. Использование специального прибора - pH-метра - позволяет измерять pH в более широком диапазоне и более точно (до 0,01 единицы pH), чем с помощью индикаторов. Ионометрический метод определения pH основывается на измерении милливольтметром-ионометром ЭДС гальванической цепи, включающей специальный стеклянный электрод , потенциал которого зависит от концентрации ионов H + в окружающем растворе. Способ отличается удобством и высокой точностью, особенно после калибровки индикаторного электрода в избранном диапазоне рН, позволяет измерять pH непрозрачных и цветных растворов и потому широко используется.
  2. Аналитический объёмный метод - кислотно-основное титрование - также даёт точные результаты определения кислотности растворов. Раствор известной концентрации (титрант) по каплям добавляется к исследуемому раствору. При их смешивании протекает химическая реакции. Точка эквивалентности - момент, когда титранта точно хватает, чтобы полностью завершить реакцию, - фиксируется с помощью индикатора. Далее, зная концентрацию и объём добавленного раствора титранта, вычисляется кислотность раствора.
  3. Влияние температуры на значения pH

0.001 мол/Л HCl при 20 °C имеет pH=3, при 30 °C pH=3

0.001 мол/Л NaOH при 20 °C имеет pH=11.73, при 30 °C pH=10.83

Степень кислотно-щелочных показателей, определяющихся концентрацией водородных ионов, формирует параметры pH, которые в норме для питьевой воды, согласно правилам СанПинН, составляют 6-9 единиц. По этому показателю российские нормативы почти не отличаются от ЕС-директивы - 6,50-9,50 и от требований Агентства США по охране среды (USEPA) - 6,50-8,50.

При этом нормы рН воды, предназначенной для разных отраслевых нужд, отличаются от pH-нормы воды для питья. Например:

  • в гидропонике используют растворы с уровнем 5,50-7,50 и разделением этого диапазона на более узкие сегменты в зависимости от конкретного вида растения,
  • в общественных бассейнах этот норматив – 7,20-7,40; в частных шире – 7,20-7,60; по DIN 19643-1 – 6,50-7,60,
  • при производстве пива используется водная основа с показателями 6,00-6,50,
  • для безалкогольных напитков – 3,00-6,00,
  • для экспортной водки показатель зависит от жёсткости технологической воды – и равен 7 при жёсткости от 0 до 0,60 мг-экв/л и 6,50 – при 0,61-1,2 мг-экв/л; в водках «внутреннего рынка» – pH <7,80,
  • в химическо-волоконном производстве – 7,00-8,00,
  • в красильно-отделочном – 6,50-8,50,
  • в системах теплоснабжения параметр указывается при температуре +25ºС и находится в пределах 7,00-8,50 для открытых систем и в пределах 7,00-11,00 – для закрытых,
  • в энерготехнических и паровых котлах – не меньше 8,50,
  • в системах охлаждения: для оборотных и добавочных вод – 6,50-8,50, в циркуляционных холодного контура – 6,50-8,20, горячего контура – 6,80-8,00 и т. д.

Определение уровня и зависимостей pH

Шкала для определения характера кислотно-щелочной среды состоит из 14 единиц, где срединная величина pH=7 считается нейтральной. При смещении по этой шкале к началу (к нулю) растворы приобретают характер кислотных. При смещении к концу – характер щелочных. Чаще всего подобную зависимость отражают в таблицах с частой градацией:

Для сравнения – согласно ГОСТ 6709-96, дистиллят по рН может иметь значения в пределах 5,40-6,60.

Поскольку концентрация ионов водорода низкая (для нейтральной среды – это семь нулей после запятой), то показатель выражается в более привычном виде отрицательным десятичным логарифмом. В таблицах в качестве единиц измерения обычно записывают «pH, ед.» или мкг/л (микрограмм на литр).

Показатель рН отличается от показателя общей щелочности (water alkalinity), которая, выражаясь в мг-экв/л, определяется суммой гидроксильных ионов/ анионов слабых кислот в воде. Низкая щелочность провоцирует резкую смену рН под воздействием внешних факторов.

В природных водах pH, в большинстве случаев, находится в диапазоне 6,50-8,50,отражая зависимость от соотношений с одной стороны – свободного диоксида углерода, с другой – бикарбонат-иона. В болотных водах pH-значения ниже и смещаются в сторону кислотности. Часто именно этот параметр становится индикатором загрязнения на открытых водоемах, демонстрируя наличие стоков с повышенным содержанием кислоты или щёлочи.

При интенсивном фотосинтезе, который наблюдается летом, уровень показателя может повышаться до 8,50-9,00 ед. Также на значения параметра влияет концентрации карбонатов, подверженных гидролизу солей, гидроокисей, гуминовых веществ и др.

Значение уровня pH в повседневной жизни

Японские учёные провели сравнительные исследования потребителей в районах, где пользуются питьевой водой со значениями pH, смещёнными либо в сторону кислотности, либо в сторону щёлочности. Они пришли к выводу, что в районах, где этот показатель выше среднего, люди живут на 20-30% дольше по сравнению со средней продолжительностью жизни по стране. В качестве предположительной причины называется большая «комфортность» кислотных вод для развития патологический микрофлоры.

В связи с тем, что водопроводная вода действительно значительно влияет на состояние здоровья человека, некоторые технические аксессуары, которые контактируют с ней, начинают рекламироваться в качестве средств, способных изменить химические свойства воды. Например, экономители http://water-save.com/ описываются как устройства, которые «обогащают воду слабыми ионами, активизирующими обмен веществ». На самом деле достоверно подтверждается только экономический, но не «целебный» эффект установки экономителя.

Это, однако, не отрицает значения рН-параметра для организма. В каждой среде – в том числе, в различных средах человеческого организма – существуют свои «pH-ориентиры»:

  • слюна – 6,8-7,4 (при высокой скорости слюноотделения – 7,8),
  • слёзы – 7,3-7,5,
  • кровь – 7,43,
  • лимфа – 7,5,
  • моча – 5,5 (диапазон 5,0-7,5) и т.д.

Для наглядной демонстрации кислотно-щелочного состояния различных сред существуют таблицы, в которых значения расположены в порядке возрастания:

Водородный показатель – рН – это мера активности (в случае разбавленных растворов отражает концентрацию) ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженной в молях на литр.

pН = – lg

Это понятие было введено в 1909 году датским химиком Сёренсеном. Показатель называется pH, по первым буквам латинских слов potentia hydrogeni – сила водорода, или pondus hydrogenii – вес водорода.

Несколько меньшее распространение получила обратная pH величина – показатель основности раствора, pOH, равная отрицательному десятичному логарифму концентрации в растворе ионов OH:

рОН = – lg

В чистой воде при 25°C концентрации ионов водорода () и гидроксид-ионов () одинаковы и составляют 10 -7 моль/л, это напрямую следует из константы автопротолиза воды К w , которую иначе называют ионным произведением воды:

К w = · =10 –14 [моль 2 /л 2 ] (при 25°C)

рН + рОН = 14

Когда концентрации обоих видов ионов в растворе одинаковы, говорят, что раствор имеет нейтральную реакцию. При добавлении к воде кислоты концентрация ионов водорода увеличивается, а концентрация гидроксид-ионов соответственно уменьшается, при добавлении основания – наоборот, повышается содержание гидроксид-ионов, а концентрация ионов водорода падает. Когда > говорят, что раствор является кислым, а при > – щелочным.

Определение рН

Для определения значения pH растворов широко используют несколько способов.

1) Водородный показатель можно приблизительно оценивать с помощью индикаторов, точно измерять pH-метром или определять аналитически путём, проведением кислотно-основного титрования.

Для грубой оценки концентрации водородных ионов широко используются кислотно-основные индикаторы – органические вещества-красители, цвет которых зависит от pH среды. К наиболее известным индикаторам принадлежат лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый (метилоранж) и другие. Индикаторы способны существовать в двух по-разному окрашенных формах – либо в кислотной, либо в основной. Изменение цвета каждого индикатора происходит в своём интервале кислотности, обычно составляющем 1-2 единицы (см. Таблица 1, занятие 2).

Для расширения рабочего интервала измерения pH используют так называемый универсальный индикатор, представляющий собой смесь из нескольких индикаторов. Универсальный индикатор последовательно меняет цвет с красного через жёлтый, зелёный, синий до фиолетового при переходе из кислой области в щелочную. Определения pH индикаторным методом затруднено для мутных или окрашенных растворов.

2) Аналитический объёмный метод – кислотно-основное титрование – также даёт точные результаты определения общей кислотности растворов. Раствор известной концентрации (титрант) по каплям добавляется к исследуемому раствору. При их смешивании протекает химическая реакции. Точка эквивалентности – момент, когда титранта точно хватает, чтобы полностью завершить реакцию, – фиксируется с помощью индикатора. Далее, зная концентрацию и объём добавленного раствора титранта, вычисляется общая кислотность раствора.

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 (Табл. 2).

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.

3) Использование специального прибора – pH-метра – позволяет измерять pH в более широком диапазоне и более точно (до 0,01 единицы pH), чем с помощью индикаторов, отличается удобством и высокой точностью, позволяет измерять pH непрозрачных и цветных растворов и потому широко используется.

С помощью рН-метра измеряют концентрацию ионов водорода (pH) в растворах, питьевой воде, пищевой продукции и сырье, объектах окружающей среды и производственных систем непрерывного контроля технологических процессов, в т. ч. в агрессивных средах.

рН-метр незаменим для аппаратного мониторинга pH растворов разделения урана и плутония, когда требования к корректности показаний аппаратуры без её калибровки чрезвычайно высоки.

Прибор может использоваться в лабораториях стационарных и передвижных, в том числе полевых, а также клинико-диагностических, судебно-медицинских, научно-исследовательских, производственных, в том числе мясо-молочной и хлебопекарной промышленности.

Последнее время pH-метры также широко используются в аквариумных хозяйствах, контроля качества воды в бытовых условиях, земледелия (особенно в гидропонике), а также – для контроля диагностики состояния здоровья.

Таблица 2. Значения рН для некоторых биологических систем и других растворов

Система (раствор)

Двенадцатиперстная кишка

Желудочный сок

Кровь человека

Мышечная ткань

Панкреатический сок

Протоплазма клеток

Тонкая кишка

Морская вода

Белок куриного яйца

Апельсиновый сок

Томатный сок