mozok.click » Хімія » Кислотність середовища. Поняття про pH розчину
Інформація про новину
  • Переглядів: 34309
  • Автор: admin
  • Дата: 16-09-2017, 04:27
16-09-2017, 04:27

Кислотність середовища. Поняття про pH розчину

Категорія: Хімія

Пригадайте:

• реакція нейтралізації — це реакція між кислотою та лугом, у результаті якої утворюються сіль і вода;

• під чистою водою хіміки розуміють хімічно чисту воду, що не містить жодних домішок і розчинених солей, тобто дистильовану воду.

Кислотність середовища

Для різних хімічних, промислових і біологічних процесів дуже важливою характеристикою є кислотність розчинів, що характеризує вміст кислот або лугів у розчинах. Оскільки кислоти й луги є електролітами, то для характеристики кислотності середовища використовують уміст йонів H+ чи OH-.

У чистій воді й у будь-якому розчині разом із частинками розчинених речовин наявні також йони H+ та OH-. Це відбувається завдяки дисоціації самої води. І хоча ми вважаємо воду неелектро-літом, тим не менш вона може дисоціювати: H2O ^ H+ + OH-. Але цей процес відбувається дуже незначною мірою: в 1 л води на йони дисоціює лише 1 • 10-7 моль молекул.

У розчинах кислот унаслідок їх дисоціації з’являються додаткові йони H+. У таких розчинах йонів H+ значно більше, ніж йонів OH-, що утворилися під час незначної дисоціації води, тому ці розчини називають кислотними (мал. 11.1, ліворуч). Прийнято говорити, що такі розчини мають кислотне середовище. Чим більше йонів H+ міститься в розчині, тим більша кислотність середовища.

 



У розчинах лугів унаслідок дисоціації, навпаки, переважають йони OH-, а катіони H+ від незначної дисоціації води майже відсутні. Середовище таких розчинів є лужним (мал. 11.1, праворуч). Чим вищою є концентрація йонів OH-, тим більш лужним є середовище розчину.

У розчині кухонної солі кількість йонів H+ та OH- однакова й дорівнює по 1 • 10-7 моль у 1 л розчину. Таке середовище називають нейтральним (мал. 11.1, посередині). Фактично це означає, що розчин не містить ані кислоти, ані лугу. Нейтральне середовище характерне для розчинів деяких солей (утворених лугом і сильною кислотою) та багатьох органічних речовин. Чиста вода також має нейтральне середовище.

Водневий показник

Якщо порівнювати смак кефіру й лимонного соку, то можна впевнено стверджувати, що лимонний сік набагато кисліший, тобто кислотність цих розчинів різна. Ви вже дізналися, що в чистій воді також містяться йони H+, але кислого смаку не відчувається. Це зумовлено надто малою концентрацією йонів H+. Часто буває недостатньо сказати, що середовище кислотне чи лужне, а необхідно кількісно його схарактеризувати.

Кислотність середовища кількісно характеризують водневим показником pH (вимовляється «пе-аш»), що пов’язаний з концентрацією

йонів Гідрогену. Значення pH відповідає певному вмісту катіонів Гідрогену в 1 л розчину. У чистій воді й у нейтральних розчинах у 1 л міститься 1 • 107 моль йонів H+, а значення pH дорівнює 7. У розчинах кислот уміст катіонів H+ більше, ніж у чистій воді, а в лужних розчинах — менше. Відповідно до цього змінюється й значення водневого показника pH: у кислотному середовищі він перебуває в межах від 0 до 7, а в лужних — від 7 до 14. Уперше водневий показник запропонував використовувати датський хімік Петер Сьоренсен.

Ви могли помітити, що значення pH пов’язано з концентрацією йонів H+. Обчислення pH напряму пов’язане з обчисленням логарифму числа, що ви вивчатимете на уроках математики в 11 класі. Але взаємозв’язок між умістом йонів у розчині та значенням pH можна прослідкувати за такою схемою:

Значення водневого показника рH водних розчинів багатьох речовин та природних розчинів перебуває переважно в інтервалі від 1 до 13 (мал. 11.2).


Датський фізико-хімік і біохімік, президент Датського королівського товариства. Закінчив Копенгагенський університет. У 31 рік став професором Датського політехнічного інституту в Копенгагені. За сумісництвом очолював престижну фізико-хімічну лабораторію при пивоварному заводі Карлсберга в Копенгагені, де зробив свої головні наукові відкриття. Основна наукова діяльність була присвячена теорії розчинів: він увів поняття про водневий показник (рН), вивчав залежність активності ферментів від кислотності розчинів. За свої наукові досягнення Сьоренсен внесений до переліку «100 видатних хіміків XX століття», але в історії науки він залишився насамперед як учений, що ввів у науку поняття «рН» та «рН-метрії».

Визначення кислотності середовища

Для визначення кислотності розчину в лабораторіях найчастіше використовують універсальний індикатор (мал. 11.3). За його забарвленням можна визначити не тільки наявність кислоти чи лугу, але й значення рH розчину з точністю до 0,5.

Для точнішого вимірювання рH існують спеціальні прилади — рН-метри (мал. 11.4). Вони дозволяють визначити рH розчину з точністю до 0,001-0,01.

Використовуючи індикатори або рН-метри, можна стежити за тим, як відбуваються хімічні реакції. Наприклад, якщо до розчину натрій гідроксиду доливати хлоридну кислоту, то відбудеться реакція нейтралізації:

У цьому випадку розчини реагентів і продуктів реакції безбарвні. Якщо ж у початковий розчин лугу помістити електрод р^метру, то про повну нейтралізацію лугу кислотою можна зробити висновок за значенням рH утвореного розчину.

Застосування водневого показника

Визначення кислотності розчинів має велике практичне значення в багатьох галузях науки, промисловості та інших сферах життя людини.

Екологи регулярно вимірюють рH дощової води, води річок і озер. Різке підвищення кислотності природних вод може бути наслідком забруднення атмосфери або потрапляння у водойми відходів промислових підприємств (мал. 11.5). Такі зміни спричиняють загибель рослин, риби та інших мешканців водойм.

Водневий показник — найважливіша ознака процесів, що відбуваються в живих організмах, оскільки в клітинах перебігають численні хімічні реакції. У клінічній діагностиці визначають pH плазми крові, сечі, шлункового соку тощо (мал. 11.6). Нормальне значення pH крові — від 7,35 до 7,45. Навіть невелика зміна pH крові людини спричиняє серйозні захворювання, а за рH = 7,1 і нижче починаються необоротні зміни, що можуть призвести до смерті.

Для більшості рослин важливою є кислотність ґрунту, тому агрономи завчасно проводять аналіз ґрунтів, визначаючи їх рH (мал. 11.7). Якщо кислотність завелика для певної культури, ґрунт вапнують — додають крейду чи вапно.

У харчовій промисловості за допомогою кислотно-основних індикаторів здійснюють контроль якості під час виробництва різноманітних продуктів харчування (мал. 11.8). Наприклад, у нормі для молока pH = 6,8. Якщо pH відрізняється від цього значення, це свідчить або про наявність сторонніх домішок, або про його скисання.

Мал. 11.5. Вплив рівня pH води у водоймах на життєдіяльність рослин у них

Важливим є значення pH для косметичних засобів, що ми використовуємо в побуті. У середньому для шкіри людини pH = 5,5. Якщо шкіра контактуватиме із засобами, кислотність яких суттєво відрізняється від цього значення, то це спричинить передчасне старіння шкіри, її пошкодження або виникнення запалень. Було помічено, що у прачок, які тривалий час для прання застосовували звичайне господарське мило (pH = 8-10) або пральну соду (Na2CO3, pH = 12-13), шкіра рук ставала дуже сухою і вкривалася тріщинами. Тому дуже важливо використовувати різні косметичні засоби (гелі, креми, шампуні тощо) з близьким до природного pH шкіри.

ЛАБОРАТОРНІ ДОСЛІДИ № 1-3

Обладнання: штатив із пробірками, піпетка.

Реактиви: вода, хлоридна кислота, розчини NaCl, NaOH, столовий оцет, універсальний індикатор (розчин або індикаторний папір), харчові продукти й косметична продукція (наприклад, лимон, шампунь, зубна паста, пральний порошок, газовані напої, соки тощо).

Правила безпеки:

• для дослідів використовуйте невеликі кількості реактивів;

• остерігайтеся потрапляння реактивів на шкіру, в очі, на одяг; у разі потрапляння їдкої речовини змийте її великою кількістю води та протріть ушкоджене місце розведеним розчином борат-ної кислоти (у випадку потрапляння лугу) або розчином соди (у випадку кислоти).

Виявлення йонів Гідрогену та гідроксид-іонів у розчинах. Установлення приблизного значення pH води, лужних і кислих розчинів

1. У п’ять пробірок налийте по 1-2 мл води, хлоридної кислоти, розчинів натрій хлориду, натрій гідроксиду та столового оцту.

2. До кожної пробірки додайте по 2-3 краплі розчину універсального індикатора або занурте індикаторний папірець. Визначте pH розчинів, порівнюючи колір індикатора з еталонною шкалою. Зробіть висновки щодо наявності в кожній пробірці катіонів Гідрогену або гідроксид-іонів. Складіть рівняння дисоціації цих сполук.

Дослідження pH харчової та косметичної продукції

Випробуйте універсальним індикатором зразки харчових продуктів та косметичної продукції. Для випробування сухих зразків, як, наприклад, пральний порошок, їх необхідно розчинити в невеликій кількості води (1 шпатель сухої речовини на 0,5-1 мл води). Визначте pH розчинів. Зробіть висновки щодо кислотності середовища в кожному з досліджених продуктів.

Ключова ідея


Контрольні запитання

130. Наявністю в розчині яких йонів зумовлена його кислотність?

131. Які йони наявні в надлишку в кислотних розчинах? у лужних?

132. Який показник кількісно описує кислотність розчинів?

133. Які значення pH та вміст йонів H+ у розчинах: а) нейтральних; б) слабо-кислотних; в) слаболужних; г) дуже кислотних; д) дуже лужних?

Завдання для засвоєння матеріалу

134. Водний розчин певної речовини має лужне середовище. Яких йонів більше в цьому розчині: H+ чи OH-?

135. У двох пробірках містяться розчини нітратної кислоти й калій нітрату. Які індикатори можна використати, щоб визначити, у якій пробірці міститься розчин солі?

136. У трьох пробірках містяться розчини барій гідроксиду, нітратної кислоти й кальцій нітрату. Як за допомогою одного реактиву розпізнати ці розчини?

137. Із наведеного переліку випишіть формули речовин, розчини яких мають середовище: а) кислотне; б) лужне; в) нейтральне.

NaCl, HCl, NaOH, HNO3, H3PO4, H2SO4, Ba(OH)2, H2S, KNO3.

138. Дощова вода має рH = 5,6. Що це означає? Яка речовина, що міститься в повітрі, у разі розчинення у воді зумовлює таку кислотність середовища?

139. Яке середовище (кислотне чи лужне): а) у розчині шампуню ^H = 5,5);

б) у крові здорової людини ^H = 7,4); в) у шлунковому соку людини ^H = 1,5); г) у слині ^H = 7,0)?

140. У складі кам'яного вугілля, що використовують на теплоелектростанціях, містяться сполуки Нітрогену й Сульфуру. Викид в атмосферу продуктів спалювання вугілля призводить до утворення так званих кислотних дощів, що містять невеликі кількості нітратної або сульфітної кислот. Які значення рH характерні для такої дощової води: більше 7 чи менше 7?

141. Чи залежить рH розчину сильної кислоти від її концентрації? Відповідь обґрунтуйте.

142. До розчину, що містить 1 моль калій гідроксиду, прилили розчин фенолфталеїну. Чи зміниться забарвлення розчину, якщо до нього потім додати хлоридну кислоту кількістю речовини: а) 0,5 моль; б) 1 моль;

в) 1,5 моль?

143. У трьох пробірках без надписів містяться безбарвні розчини: натрій сульфату, натрій гідроксиду та сульфатної кислоти. Для всіх розчинів виміряли значення рН: у першій пробірці — 2,3, у другій — 12,6, у третій — 6,9. В якій пробірці міститься яка речовина?

144. Учень купив в аптеці дистильовану воду. рН-метр показав, що значення рН цієї води дорівнює 6,0. Потім учень прокип'ятив цю воду тривалий час, заповнив контейнер до верху гарячою водою і закрив кришкою. Коли вода остигла до кімнатної температури, рН-метр показав значення 7,0. Після цього учень трубочкою пропускав повітря крізь воду, і рН-метр знову показав 6,0. Як можна пояснити результати цих вимірювань рН?

145. Як ви вважаєте, чому у двох пляшках оцту від одного виробника можуть міститися розчини з дещо різними значеннями рН?






^