Чем больше ph тем больше эдс

pH-метрия

В нейтральной воде pH=7. Для растворов с кислой реакцией pH 7.

Если учесть, что свойства растворов зависят от активностей находящихся в них ионов, то следует приведенное выражение записать в виде:

В разбавленных растворах значения концентрации и активности совпадают и только при высокой минерализации могут быть значительные расхождения.

В настоящее время pH считается характеристикой активности ионов водорода. Поэтому, иногда в символ pH вводят нижний индекс «a»: pH_a или p_aH. Обычно, это делается, когда необходимо явно подчеркнуть отличие определения водородного показателя через концентрацию или активность.

Буферные растворы

Многие аналитические реакции проводят при строго определенном значении pH, которое должно сохраниться в течение всего времени проведения реакции. В ходе некоторых реакций pH может изменяться в результате связывания или высвобождения ионов H + . Для сохранения постоянного значения pH применяют буферные растворы.

Буферные растворы представляют собой чаще всего смеси слабых кислот с солями этих кислот или смеси слабых оснований с солями этих же оснований. Если, например, в ацетатный буферный раствор, состоящий из уксусной кислоты CH₃COOH и ацетата натрия CH₃COONa добавить некоторое количество такой сильной кислоты, как HCl, она будет реагировать с ацетат-ионами с образованием малодиссоциирующей CH₃COOH:

Таким образом, добавленные в раствор ионы H + не останутся свободными, а будут связаны ионами CH₃COO — , и поэтому pH раствора почти не изменится.

При добавлении раствора щелочи к ацетатному буферному раствору ионы OH — будут связаны недиссоциированными молекулами уксусной кислоты CO₃COOH:

Следовательно, pH раствора и в этом случае также почти не изменится.

Буферные растворы сохраняют свое буферное действие до определенного предела, т. е. они обладают определенной буферной емкостью. Если ионов H + или OH — оказалось в растворе больше, чем позволяет буферная емкость раствора, то pH будет изменяться в значительной степени, как и в небуферном растворе.

Обычно в методиках анализа указывается, каким именно буферным раствором следует пользоваться при выполнении данного анализа и как его следует приготовить.

Для настройки pH-метров применяют стандартные буферные растворы с точными значениями pH.

Принятая в России по стандарту 8.134-74 шкала pH основана на воспроизводимых значениях pH нескольких растворов. Шкала pH обладает внутренней согласованностью, т.е. экспериментально измеренная величина pH не зависит от того, какой из растворов был выбран в качестве стандартного.

Способы измерения pH

Для определения величины pH существуют два основных метода: колориметрический и потенциометрический.

Колориметрический метод основан на изменении окраски индикатора, добавленного к исследуемому раствору, в зависимости от величины pH. Этот метод недостаточно точен, требует введения солевых и температурных поправок, дает значительную погрешность при очень малой минерализации исследуемой воды (менее 30 мг/л) и при определении pH окрашенных и мутных вод. Метод нельзя применять для вод, содержащих сильные окислители или восстановители. Используется обычно в экспедиционных условиях и для ориентировочных определений.

Потенциометрический метод намного точнее, лишен в значительной мере всех перечисленных недостатков, но требует оборудования лабораторий специальными приборами — pH-метрами. Потенциометрический метод основан на измерении ЭДС электродной системы, состоящей из индикаторного электрода и электрода сравнения. Электрод сравнения иногда называют вспомогательным электродом.

Наибольшее практическое применение нашел стеклянный индикаторный электрод, который можно использовать в широком диапазоне pH и в присутствии окислителей.

Кроме стеклянного электрода, для определения величины pH применяются также водородный, хингидронный, сурьмяный и другие электроды. Однако широкого распространения они не получили.

Стеклянный электрод

Стеклянный электрод изготовляется из специальный сортов стекла, обладающих некоторой электропроводностью, достаточной, чтобы тонкую пленку из такого стекла можно было бы включить в качестве составляющей электрической цепи. Для измерения pH используется стекло, электропроводность которого обусловлена перемещением в стекле ионов H+ (электропроводность любого стекла обусловлена способностью к перемещению катионов относительно неподвижного остова — полианиона полимерной кремниевой кислоты).

Собственно стеклянный электрод представляет собой стеклянную трубку с выдутым на ее конце шариком с очень тонкой стенкой, в которую залита суспензия AgCl в растворе HCl и погружена серебряная проволока. Таким образом, внутри трубки с шариком находится хлорсеребряный электрод. Для измерения pH стеклянный электрод погружают в испытуемый раствор (тем самым не внося в него никаких посторонних веществ). В этот же раствор напрямую или через электролитический ключ погружают электрод сравнения.

Таким образом, образуется гальванический элемент, состоящий из хлорсеребрянного электрода и электрода сравнения, но внутренняя электролитическая цепь этого элемента включает электропроводную стеклянную пленку, а также исследуемый раствор.

В полученной системе перенос электронов от хлорсеребрянного электрода к электроду сравнения, происходящий под действием непосредственно измеряемой разности потенциалов, неизбежно сопровождается переносом эквивалентного количества протонов из внутренней части стеклянного электрода в испытуемый раствор. Если считать концентрацию ионов H+ внутри стеклянного электрода постоянной, то измеряемая ЭДС является функцией только активности ионов водорода, т.е. pH исследуемого раствора.

Определение рН в воде

Определение величины рН воды имеет большое значение при оценке качества природных вод, при оценке коррозивности воды в системах питьевого и промышленного водоснабжения. Этот показатель также важен при обработке питьевой воды, подготовке воды для промышленных установок, при утилизации бытовых и заводских стоков.

Величина концентрации ионов водорода в речных водах обычно колеблется в пределах 6,5-8,5; атмосферных осадках 4,6 — 6,1; болотах 5,5 — 6,0; океане 7,9 — 8,3 рН. рН воды шахт и рудников достигает иногда единицы, а содовых озер и термальных источников десяти. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина рН для большинства речных систем составляет 6,8 — 7,4; летом 7,4 — 8,2.

Литература

Васильев В. П. Аналитическая химия. В 2 кн. Кн. 2. Физико-химические методы анализа: Учеб. для студ. вузов, обучающихся по химико-технол. спец. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.:Дрофа, 2002. — 384 с., ил. — с. 191.

Кнорре Д. Г., Крылова Л. Ф., Музыкантов В. С. Физическая химия: Учеб. пособие для вузов. — М.: Высш. школа, 1981. — 328 с., ил., с. 263-264.

Коростелев П. П. Лабораторная техника химического анализа. — Под ред. докт. хим. наук А. И. Бусеева, — М.: Химия, 1981. — 312 с., ил., с. 226-232.

Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. Под ред. д. х. н. проф. А. Д. Семенова. Л.: Гидрометеоиздат, 1977., с. 31-36.

Фомин Г. С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник. — 2-е изд. перераб. и доп. — М:. Издательство «Протектор», 1995. — 624 с., ил., с. 95-96.

НПП «СЕМИКО» (383) 271-01-25 (многоканальный)

Что такое кислотность и методы ее определения

Кислотность водного раствора обусловлена наличие в нем положительных водородных ионов Н+ и оценивается концентрацией в 1 литре раствора C(H+) (моль/л или г/л). В абсолютно чистой воде концентрации ионов Н+ и ОН– равны и раствор нейтрален. В кислых растворах преобладают ионы Н+, в щелочных – ионы ОН–, однако их произведение в любых условиях постоянно. Следовательно, увеличение концентрации одного типа ионов приводит к уменьшению концентрации другого типа в том же количестве. На практике степень кислотности (или щелочности) раствора выражается водородным показателем рН (от латинского «пундус гидрогениум» — вес водорода), представляющим собой отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов рН = –lgC(H+). 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. Таким образом, концентрация водородных ионов в среде с рН = 5 в 10, 100 и 1000 раз выше, чем в среде с рН = 6, 7 и 8 соответственно.

Кислыми называют растворы, в которых рН 7, и, чем ближе это значение к 14, тем раствор считается более щелочным. Установленная шкала кислотности идет от рН = 0 (крайне высокая кислотность) до рН = 14 (крайне высокая щелочность). Нейтральная среда имеет показатель ph, равный 7 (при комнатной температуре).

Показатель рН непосредственно влияет на нормальное протекание всех биохимических процессов у живых организмов. Очень важно, чтобы все процессы проходили при строго заданной кислотности. В частности, это необходимо для нормального функционирования биологических катализаторов – ферментов (при выходе за эти пределы их активность может резко снижаться). В клетках организма рН имеет значение около 7, во внеклеточной жидкости – 7,4. Наиболее чувствительны к изменению ph нервные окончания, которые находятся вне клеток. Кроме того, организм использует данное изменение ph в сигнальных целях: при механических или термических повреждениях тканей стенки клеток разрушаются и их содержимое попадает на нервные окончания. Было доказано, что боль вызывают именно катионы водорода, причем с уменьшением рН раствора боль усиливается, — и это лишь частный пример роли ph для живых организмов. Для примера, чистая природная, в частности дождевая, вода в отсутствие загрязнителей тем не менее имеет слабокислую реакцию (рН = 5,6), поскольку в ней легко растворяется углекислый газ с образованием слабой угольной кислоты.

Для определения степени кислотности используют специальные приборы — рН-метры, которые бывают весьма недешевы. Такие приборы измеряют электрический потенциал специального электрода (ЭДС), погруженного в раствор, и этот потенциал зависит от концентрации ионов водорода в растворе, и весьма вероятно измерить его с высокой точностью.

Простым способом определения характера среды является применение индикаторов – химических веществ, окраска которых изменяется в зависимости от рН среды. Наиболее распространенные индикаторы – фенолфталеин, метилоранж, лакмус. Метиловый оранжевый при рН 4,4 – желтый; лакмус при рН 8 – синий и т.д. В домашних условия без наличия этих индикаторов для определения кислотности среды вполне пригодны естественные красители из красной капусты и черной смородины.

Приборы для измерения водородного показателя (рН метры):

480 руб

Индикаторная бумага для определения pH (диапазон 1-14, шаг 1pH) в катушке.

Назначение рН-метров и иономеров

Основным назначением рН-метра (иономера) является измерение показателя рН в различных растворах, в окружающей среде, сырье, пищевой продукции и так далее. Важность определения показателя рН существует во многих отраслях промышленности. Так, иономеры активно применяются при фармакологической, химической, пищевой, косметической, нефтехимической промышленности, а также в медицине для измерения уровня кислотности в различных полостях человеческого организма. Кроме этого они широко применяются во время научных исследований в области микробиологии, химии, сельского хозяйства. Ими в обязательном порядке комплектуются различные лаборатории. В последнее время лабораторные иономеры (рН-метры) все чаще и чаще стали использоваться и в бытовых условиях для контроля качества питьевой воды.

Принцип работы иономера основан на измерении величины показателя ЭДС, которая возникает в электродной системе и является пропорциональной к общей активности в растворе ионов водорода. По сути иономер представляет собой вольтметр и два электрода, один из которых изготавливается, обычно из стекла (измерительный электрод), а второй из хлорсеребра (вспомогательный электрод).

На сегодняшний день величина ЭДС, равная нулю соответствует показателю величины рН в размере 7, что соответствует существованию нейтральной среды. В случае если показатель рН меньше семи, то среда считается кислой (величина ЭДС является положительной) и, наоборот, при показателе рН больше семи среда считается щелочной.

Сегодня на российском рынке можно купить купить различные рН-метры (иономеры), стоимость которых очень сильно отличается. Выбирать конкретную модель необходимо в зависимости от необходимой точности и условий использования иономера. Конечно, чем выше точность прибора, тем выше его стоимость. При этом максимальная точность далеко не всегда бывает важна и далеко не всегда высокую точность можно обеспечить. Так, например, если вам необходим карманный рН-метр (иономер), который вы планируете использовать в бытовых или полевых условиях, то особой точности нет смысла добиваться, так как далеко не всегда это необходимо, да и погрешности, которые не связаны с электрическими измерениями при исследованиях «в поле» велики. Кстати, его ещё называют портативный рН-метр (иономер). В связи с этим нет особого смысла тратить большие деньги на точное оборудование нет.

В любом случае, для определения наиболее подходящей модели рн метра (иономера) необходимо обратиться за консультацией к специалистам, которые смогут посоветовать с выбором наиболее оптимального для вас варианта.

Другая информация

Компания Ziath выпускает устройства для работы с пробирками, сканеры двумерных штрих-кодов, пробирки с двумерными штрих-кодами и программное обеспечение для управления образцами.

25 сентября 2023 Мировой производитель оборудования для жидкостной хроматографии Waters

К омпания предлагает широкий спектр оборудования для лабораторий, занимающихся жидкостной хроматографией, масс-спектрометрией, реометрией, термическим анализом, микрокалометрией, лабораторной информатикой.

18 сентября 2023 TESTA Analytical Solutions — производитель оборудования для хроматографии полимеров

Компания выпускает оборудование для хроматографии GPC/SEC, исследовательские гониометры для определения характеристик светорассеяния, настольные высокопроизводительные приборы.

11 сентября 2023 Высокоточное лабораторное оборудование Supelco для аналитических исследований

Портфолио Supelco специально разработано для охвата максимально широкого спектра аналитических решений: от отбора проб, пробоподготовки и аналитических исследований до детекции.

04 сентября 2023 Надежное высокоточное швейцарское лабораторное весовое оборудование Precisa

В официальный каталог продукции, которую выпускает Precisa, входят аналитические, лабораторные и промышленные электронные весы, приборы для проведения термогравиметрических исследований.

Чем больше ph тем больше эдс

ПРОИЗВОДИТЕЛЬ
специализированной химии

Шкала pH применяется для определения степени кислотности или щелочности раствора по количественной шкале, содержащей абсолютные числа от 0 до 14. Она основана на молярной активности ионов гидроксония (называемых еще гидрониевыми ионами) [H₃O + ] в исследуемой жидкости. Шкалу разработал в 1909 году датский биохимик С. Соренсен, а присутствующие в названии буквы «p» и «H» означают, в свою очередь, латинское слово «potentio» — сила, а также атом водорода, записанный в таблице Менделеева как H (hydrogenium), соответственно. Шкала pH отражает и первое, и второе — для определения реакции используется показатель степени с противоположным знаком, а опорной точкой являются водородсодержащие протоны. Реакция каждого полученного раствора является важной химической характеристикой этого раствора и фактором, определяющим ход и скорость многих химических реакций, а также тип образующихся в них продуктов.

Опубликовано: 21-11-2022

Различие в шкале

Шкала pH имеет пятнадцать степеней, где среднее значение 7 указывает на нейтральную реакцию. Растворы, расположенные около 0, называются сильными кислотами, а растворы, расположенные на противоположной стороне, около 14, называются сильными основаниями. Кислая реакция свидетельствует об избытке ионов водорода [H₃O + ] в растворе, щелочная реакция — об избытке гидроксильных ионов [OH — ]. Шкала pH чаще всего упоминается в контексте растворов, однако абсолютный химический потенциал протона позволяет применять ее ко всем агрегатным состояниям. Таким образом, она позволяет напрямую сравнивать уровень щелочности практически любого вещества.

Автодиссоциация воды

Чтобы в полной степени понять значение шкалы pH, необходимо провести реакцию спонтанной автодиссоциации воды в соответствии с уравнением:

Это обратимый процесс, константа равновесия которого смещена в левую часть уравнения, то есть в сторону недиссоциированной воды.

Как рассчитать реакцию pH?

Несмотря на изначально неверно определенное предположение, что определяется концентрация ионов водорода [H + ], наиболее часто используемым уравнением все же является:

Однако в настоящее время известно, что растворы вообще не содержат свободных ионов водорода, т. е. протонов, присутствующих в формуле, из-за процесса немедленной сольватации. Это явление приводит к отсутствию свободных протонов в пользу присутствия ионов гидроксония [H₃O + ] вследствие спонтанной, необратимой реакции:

Поэтому правильная формула имеет следующий вид:

Среда, отображаемая на шкале pH

Предполагается, что концентрация ионов гидроксония в чистой воде при комнатной температуре 25 o C равна 10 -7 моль/дм 3 , а следовательно ее реакцию можно рассчитать по шкале pH как:

Это согласуется с тем, что вода, будучи нейтральной, находится в середине шкалы, что указывает на нейтральность реакции вещества. Это также означает, что в воде имеется равное количество гидроксильных анионов и гидрониевых катионов. В кислотах и основаниях, однако, этот баланс нарушается. Показатель степени со знаком «минус» предполагает зависимость, что чем меньше значение pH, тем больше сила исследуемого раствора. Термин «сила» в случае со шкалой pH означает, что значение 0 принимают сильные, даже едкие кислоты, а значение 14 относится к самым сильным щелочным реакциям.

Добавление кислоты в воду

Изменение pH по сравнению с нейтральной реакцией можно вызвать добавлением веществ различной силы. Например, добавление одной из самых сильных кислот, хлористоводородной HCl, к воде вызывает ее диссоциацию, согласно реакции:

Равновесие реакции диссоциации кислоты, в отличие от автодиссоциации воды, сильно смещено в правую сторону продуктов. Это приводит к тому, что растворение данной кислоты в нейтральной воде повышает число присутствующих в ней ионов гидроксония и, таким образом, увеличивает их молярную активность. Например, соляная кислота объемом 1 моль/дм 3 согласно реакции диссоциации, вносит в раствор ионы гидроксония с концентрацией 1 моль/дм 3 . Рассчитать pH для такого раствора хлористоводородной кислоты можно по формуле:

Добавление основания к воде

В случае обратной ситуации — добавлении к воде сильного основания концентрация ионов гидроксония будет уменьшаться. Например, гидроксид натрия с концентрацией 1 моль/дм 3 будет иметь такую же концентрацию, но других ионов — гидроксильных, в соответствии с реакцией, которую он претерпевает при контакте с водой:

В таком случае рассчитать pH можно косвенно, используя дополнительную формулу для pOH:

легко подсчитать, что pH раствора сильного основания NaOH с концентрацией 1 моль/дм 3 имеет значение pH, равное 14.

Реакция pH выходит за пределы шкалы?

Поскольку шкала pH изначально была создана для разбавленных растворов, сильные кислоты или основания могут выходить за ее пределы, т. е. ниже 0 или выше 14. Это связано с тем, что шкала не подходит для высоких концентраций, где реакция уже не является логарифмической функцией концентрации ионов гидроксония [H₃O + ]. В таком случае используются другие значения, которые получаются из констант равновесия автодиссоциации кислот и оснований.

Методы определения pH раствора

Для эмпирического определения реакции среды применяются так называемые алкациметрические индикаторы. На практике это вещества, которые под воздействием различных условий pH меняют свой цвет. Существует три типа таких индикаторов:

1. Например, те, которые меняют цвет в щелочной среде:

• бесцветный фенолфталеин меняет цвет на малиновый,
• бесцветный тимолфталеин меняет цвет на синий.

1. Меняющие цвет в кислой среде, например:

• метиловый оранжевый меняет цвет с оранжевого на красный,
• бромфеноловый синий меняет цвет с синего на желтый.

1. Универсальные показатели, например:

• бромтимоловый синий в кислотах окрашивается в желтый цвет, в основаниях — в синий,
• лакмус в кислотах окрашивается в красный цвет, в основаниях — в синий.

Также распространена практика замачивания лакмусовой бумаги в смеси различных индикаторных веществ, благодаря чему расширяется диапазон перечня pH. Кроме того, в лабораториях часто применяются готовые универсальные индикаторные бумаги, которые окрашиваются, например, от красного до зеленого цвета, а это предполагает соответствующий проверенный pH, на основании приложенной к ним шкалы. Такая индикация позволяет оценить значение pH только с точностью до 0,5 единиц по шкале pH.

Более точным методом измерения реакции pH является алкалиметрическое титрование, которое подразделяется на алкалиметрию (титрование стандартным раствором щелочи) и ацидиметрию (титрование стандартным раствором кислоты). Для этого применяется титрант с известной концентрацией, который, реагируя с исследуемым веществом, меняет концентрацию ионов гидроксония, присутствующих в растворе. Это определение может осуществляться двумя способами — конечная точка определяется визуально по изменению цвета или с помощью инструментальных методов, например, потенциометрически или кондуктометрически.

Применение pH-метра, как следует из названия, также позволяет определить реакцию вещества. Аппарат, работающий на принципах потенциометрии, имеет ячейку с двумя одинаковыми электродами. Один из них, называемый индикаторным электродом, необходимо поместить в исследуемый раствор. Другой электрод, который является электродом сравнения, помещается в стандартный раствор с известным pH. Часто применяется раствор хлорида серебра. Эти электроды соединены с очень чувствительным вольтметром, который на ходу преобразует ЭДС, т. е. значение измерений электродвижущей силы, в конкретный результат на шкале pH. Согласно теории Нернста, электродвижущая сила ячейки (ЭДС), состоящей из двух одинаковых электродов, погруженных в растворы, отличающиеся с точки зрения реакций, прямо пропорциональна логарифму коэффициента этих концентраций.

Домашние методы измерения pH

Оказывается, существует множество природных индикаторов pH, и можно измерить приблизительное значение pH в домашних условиях. Например, настой листьев черного чая становится светлее при добавлении кислоты, например, лимонного сока. С другой стороны, этот настой темнеет под воздействием щелочей, например, раствора пищевой соды. Сок красной капусты в присутствии кислоты из фиолетового становится красным, а при добавлении щелочи — синим.

Оглавление

1. Различие в шкале
2. Автодиссоциация воды
3. Как рассчитать реакцию pH?
4. Среда, отображаемая на шкале pH
5. Добавление кислоты в воду
6. Добавление основания к воде
7. Реакция pH выходит за пределы шкалы?
8. Методы определения pH раствора
9. Домашние методы измерения pH