Back to chapter

15.4:

шкала pH

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
pH Scale

Languages

Share

Концентрация ионов гидроксония в водном растворе обычно записывается с отрицательными показателями степени и может составлять всего 1 10⁻¹⁴ M.Шкала pH была разработана химиком Сореном Соренсоном в 1909 году как более удобный способ быстро сравнить кислотность разных растворов. pH раствора это отрицательный логарифм концентрации ионов гидроксония. Например, раствор с концентрацией гидроксония 1 10⁻⁵ М имеет pH 5.Чем выше концентрация ионов гидроксония в растворе, тем ниже его pH. Поскольку pH выражается в логарифмической шкале, изменение на одну единицу соответствует 10-кратному увеличению или уменьшению концентрации иона гидроксония. Раствор с pH равным 3 будет иметь в десять раз больше ионов гидроксония, чем раствор с pH равным 4, и в сто раз больше, чем раствор с pH равным 5.Кислый раствор имеет более высокую концентрацию ионов гидроксония, чем гидроксид-ионов, и pH менее 7, тогда как основный раствор имеет более низкую концентрацию ионов гидроксония, чем гидроксид-ионов, и pH более 7. Нейтральный раствор с равной концентрацией ионов гидроксония и гидроксида имеет pH равный 7. Концентрация гидроксид-ионов также может быть выражена как pOH.pOH отрицательный логарифм концентрации гидроксид-иона. Чем выше концентрация гидроксид-иона, тем ниже его значение pOH. Значение pH или pOH водного раствора находится в диапазоне от 0 до 14.Это потому, что Kw, константа равновесия для автоионизации воды, равна 1 10⁻¹⁴. Отрицательный логарифм обеих частей уравнения приводит к уравнению, в котором pKw равно сумме pH и pOH. Поскольку отрицательный логарифм 1 10⁻¹⁴ равен 14, сумма pH и pOH водного раствора всегда будет равна 14.Его можно использовать для определения значения pH, если известно значение pOH, и наоборот. Например, раствор с pOH равным 10 имеет pH равный 4.

15.4:

шкала pH

Ионы гидрония и гидроксида присутствуют как в чистой воде, так и во всех водных растворах, и их концентрации обратно пропорциональны, как определено ионным продуктом воды (кВт). Концентрации этих ионов в раствор часто являются критическими детерминантами свойств решения и химического поведения других его солей. Два различных решения могут отличаться в концентрациях гидрония или гидроксида ионов в миллионах, миллиардах или даже триллионах раз. Общераспространенным средством выражения величин, которые могут охватывать многие порядки величины, является использование логарифмической шкалы. Таким образом, pH раствор определяется, как показано на рисунке, где [H3O+] — молярная концентрация гидрония в ионе раствор:

 Eq1

Переупорядочивание этого уравнения для изоляции молярности ионов гидрония дает эквивалентное выражение:

 Eq2

Также молярность ионов гидроксида может быть выражена как p-функция или Poh:

 Eq3

или

 Eq4

Наконец, соотношение между этими двумя ионными концентрациями, выраженными как p-функции, легко вытекает из выражения KW:

 Eq5

При 25 °C значение КВТ составляет 1.0 × 10-14, и поэтому:

 Eq6

Молярность ионов гидрония в чистой воде (или любом нейтральном раствор) составляет 1.0 × 10-7 M при 25 °C. Поэтому pH и Poh нейтрального раствор при этой температуре:

 Eq7

И поэтому при этой температуре кислотные растворы являются растворами с гидронионными ионными молярностями, превышающими 1.0 × 10-7 M, и молярностью гидроксидных ионных ионов менее 1.0 × 10-7 M (соответствующими значениям pH менее 7.00 и значениям Poh больше 7.00). Основными растворами являются растворы с молярностью гидрония иона менее 1.0 × 10-7 M и молярностью гидроксида иона более 1.0 × 10-7 M (соответствующие значениям pH больше 7.00, а значения Poh меньше 7.00).

Поскольку константа автоматической ионизации КВТ зависит от температуры, эти корреляции между значениями pH и кислотными/нейтральными/основными прилагательными будут отличаться при температурах, отличных от 25 °C. Например, молярность гидрония чистой воды при 80°C составляет 4.9 × 10-7 м, что соответствует значениям pH и Poh:

 Eq8

При этой температуре нейтральные растворы демонстрируют pH = Poh = 6.31, кислотные растворы имеют pH менее 6.31 и Poh больше 6.31, тогда как базовые растворы имеют pH больше 6.31 и Poh меньше 6.31. Это различие может быть важно при изучении некоторых процессов, которые происходят при других температурах, таких как реакции фермента в теплокровных организмах при температуре около 36 – 40 °C. Если не указано иное, ссылки на значения pH считаются значениями при 25 °C.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 14.2: PH и Poh.

Suggested Reading

  1. van Lubeck, Henk. "Why not replace pH and pOH by just one real acidity grade, AG?." Journal of Chemical Education 76, no. 7 (1999): 892. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed076p892