اسیدی بودن محیط مفهوم pH محلول. خروجی اندازه گیری PH از مقدار pH

مقدار pH, pH(لات. پondus hydrogenii- "وزن هیدروژن"، تلفظ می شود "په") اندازه گیری فعالیت (در محلول های بسیار رقیق معادل غلظت) یون های هیدروژن در یک محلول است که اسیدیته آن را به صورت کمی بیان می کند. از نظر قدر و علامت مخالف لگاریتم اعشاری فعالیت یونهای هیدروژن است که بر حسب مول در لیتر بیان می شود:

تاریخچه مقدار pH

مفهوم مقدار pHتوسط شیمیدان دانمارکی سورنسن در سال 1909 معرفی شد. شاخص نامیده می شود pH (با توجه به حروف اول کلمات لاتین پتانسیا هیدروژنی- قدرت هیدروژن، یا pondus hydrogeni- وزن هیدروژن). در شیمی، ترکیب pXمعمولاً مقداری را نشان می دهند که برابر است ثبت X، و نامه اچدر این مورد، غلظت یون های هیدروژن ( H+) یا، به عبارت بهتر، فعالیت ترمودینامیکی یونهای هیدرونیوم.

معادلات مربوط به pH و pOH.

نمایش مقدار pH

در آب خالص در دمای 25 درجه سانتی گراد غلظت یون هیدروژن ([ H+]) و یون های هیدروکسید ([ اوه− ]) یکسان و برابر با 10-7 mol/l است، این به وضوح از تعریف محصول یونی آب برابر با [ H+] · [ اوه- ] و برابر با 10-14 mol²/l² (در دمای 25 درجه سانتیگراد) است.

اگر غلظت دو نوع یون در یک محلول یکسان باشد، می گویند محلول واکنش خنثی دارد. هنگامی که یک اسید به آب اضافه می شود، غلظت یون های هیدروژن افزایش می یابد و غلظت یون های هیدروکسید با افزودن یک باز کاهش می یابد، برعکس، محتوای یون های هیدروکسید افزایش می یابد و غلظت یون های هیدروژن کاهش می یابد. چه زمانی [ H+] > [اوه− ] گفته می شود که محلول اسیدی است و زمانی که [ اوه − ] > [H+] - قلیایی.

برای راحت تر کردن تصور کردن، برای خلاص شدن از شر نما منفی، به جای غلظت یون های هیدروژن، از لگاریتم اعشاری آنها استفاده کنید که با علامت مخالف گرفته می شود که نما هیدروژن است - pH.

نشانگر باز بودن یک محلول pOH.

معکوس آن کمی کمتر محبوب است pHاندازه - شاخص پایه راه حل, pOH، که برابر است با لگاریتم اعشاری (منفی) غلظت یون ها در محلول اوه − :

مانند هر محلول آبی در دمای 25 درجه سانتیگراد، یعنی در این دما:

مقادیر pH در محلول هایی با اسیدیته متفاوت.

• بر خلاف باور عموم، pHمی تواند فراتر از محدوده 0 - 14 تغییر کند، و همچنین می تواند فراتر از این محدودیت ها باشد. به عنوان مثال، در غلظت یون هیدروژن [ H+] = 10-15 مول در لیتر، pH= 15، در غلظت یون هیدروکسید 10 mol/l pOH = −1 .

زیرا در 25 درجه سانتیگراد (شرایط استاندارد) [ H+] [اوه − ] = 10 −14 ، پس واضح است که در چنین دمایی pH + pHOH = 14.

زیرا در محلول های اسیدی [ H+] > 10-7، به این معنی که برای محلول های اسیدی pH < 7, соответственно, у щелочных растворов pH > 7 , pHمحلول های خنثی برابر با 7 است. در دماهای بالاتر، ثابت تفکیک الکترولیتی آب افزایش می یابد، به این معنی که محصول یونی آب افزایش می یابد، سپس خنثی می شود. pH= 7 (که مربوط به افزایش همزمان غلظت است H+، بنابراین اوه−)؛ با کاهش دما، برعکس، خنثی است pHافزایش.

روش های تعیین مقدار pH

روش های مختلفی برای تعیین مقدار وجود دارد pHراه حل ها شاخص هیدروژن تقریباً با استفاده از شاخص هایی که به طور دقیق اندازه گیری می شوند، تخمین زده می شود pH-متر یا به صورت تحلیلی با انجام تیتراسیون اسید و باز تعیین می شود.

1. برای تخمین تقریبی غلظت یون هیدروژن، اغلب از آن استفاده می شود شاخص های اسید و باز- مواد رنگزای آلی که رنگ آنها بستگی به pHمحیط. محبوب ترین شاخص ها: تورنسل، فنل فتالئین، متیل اورانژ (متیل اورانژ)، و غیره. شاخص ها می توانند به دو شکل متفاوت رنگی باشند - اسیدی یا بازی. رنگ همه شاخص ها در محدوده اسیدیته خود تغییر می کند، اغلب 1-2 واحد.
2. برای افزایش فاصله اندازه گیری کاری pHدرخواست دادن شاخص جهانی، که ترکیبی از چندین شاخص است. نشانگر جهانی هنگام حرکت از یک منطقه اسیدی به یک منطقه قلیایی به طور متوالی از قرمز تا زرد، سبز، آبی به بنفش تغییر رنگ می دهد. تعاریف pHاستفاده از روش نشانگر برای محلول های ابری یا رنگی دشوار است.
3. استفاده از دستگاه مخصوص - pHمتر - اندازه گیری را ممکن می کند pHدر محدوده وسیع تر و دقیق تر (تا 0.01 واحد pH) از استفاده از نشانگرها. روش یونومتری تعیین pH مبتنی بر اندازه گیری emf یک مدار گالوانیکی با میلی ولت متر-یونومتر است که شامل یک الکترود شیشه ای است که پتانسیل آن به غلظت یون بستگی دارد. H+در محلول اطراف این روش بسیار دقیق و راحت است، به خصوص پس از کالیبره کردن الکترود نشانگر در محدوده انتخاب شده pH، که امکان اندازه گیری را فراهم می کند pHمحلول های مات و رنگی است و بنابراین اغلب استفاده می شود.
4. روش حجمی تحلیلی — تیتراسیون اسید و باز- همچنین نتایج دقیقی برای تعیین اسیدیته محلول ها به دست می دهد. محلولی با غلظت مشخص (تیترانت) به صورت قطره ای به محلول مورد آزمایش اضافه می شود. هنگامی که آنها مخلوط می شوند، یک واکنش شیمیایی رخ می دهد. نقطه هم ارزی - لحظه ای که دقیقاً تیتران کافی برای تکمیل واکنش وجود دارد - با استفاده از یک نشانگر ثبت می شود. پس از این، اگر غلظت و حجم محلول تیتراتور اضافه شده مشخص شود، اسیدیته محلول مشخص می شود.
5. pH:

0.001 مول در لیتر HClدر 20 درجه سانتی گراد دارد pH=3، در دمای 30 درجه سانتی گراد pH=3

0.001 مول در لیتر NaOHدر 20 درجه سانتی گراد دارد pH=11.73، در دمای 30 درجه سانتی گراد pH=10.83،

تاثیر دما بر مقادیر pHبا تفکیک متفاوت یون های هیدروژن (H +) توضیح داده شده است و یک خطای تجربی نیست. اثر دما را نمی توان به صورت الکترونیکی جبران کرد pH-متر

نقش pH در شیمی و زیست شناسی.

اسیدیته محیط برای اکثر فرآیندهای شیمیایی مهم است و احتمال وقوع یا نتیجه یک واکنش خاص اغلب به pHمحیط. برای حفظ یک ارزش مشخص pHدر سیستم واکنش، هنگام انجام تحقیقات آزمایشگاهی یا در تولید، از محلول های بافر استفاده می شود که اجازه می دهد یک مقدار تقریبا ثابت را حفظ کند. pHهنگامی که رقیق می شود یا زمانی که مقادیر کمی اسید یا قلیایی به محلول اضافه می شود.

مقدار pH pHاغلب برای توصیف خواص اسید-باز رسانه های بیولوژیکی مختلف استفاده می شود.

برای واکنش های بیوشیمیایی، اسیدیته محیط واکنش که در سیستم های زنده رخ می دهد از اهمیت زیادی برخوردار است. غلظت یون های هیدروژن در یک محلول اغلب بر خواص فیزیکوشیمیایی و فعالیت بیولوژیکی پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک تأثیر می گذارد، بنابراین، برای عملکرد طبیعی بدن، حفظ هموستاز اسید-باز یک وظیفه استثنایی است. نگهداری پویا از بهینه pHمایعات بیولوژیکی تحت تأثیر سیستم های بافر بدن به دست می آید.

در بدن انسان مقدار pH در اندام های مختلف متفاوت است.

یاد آوردن:

واکنش خنثی سازی واکنشی بین اسید و باز است که نمک و آب تولید می کند.

شیمیدانان با آب خالص، آب خالص شیمیایی را که فاقد هرگونه ناخالصی یا نمک محلول، یعنی آب مقطر است، درک می کنند.

اسیدی بودن محیط

برای فرآیندهای مختلف شیمیایی، صنعتی و بیولوژیکی، یک ویژگی بسیار مهم اسیدیته محلول‌ها است که محتوای اسیدها یا قلیاها را در محلول‌ها مشخص می‌کند. از آنجایی که اسیدها و قلیاها الکترولیت هستند، از محتوای یون های H+ یا OH - برای مشخص کردن اسیدیته محیط استفاده می شود.

در آب خالص و در هر محلولی همراه با ذرات مواد محلول، یون های H+ و OH - نیز وجود دارد. این به دلیل تجزیه خود آب رخ می دهد. و اگر چه ما آب را غیرالکترولیت می‌دانیم، اما می‌توان آن را تفکیک کرد: H 2 O ^ H + + OH - . اما این فرآیند به میزان بسیار کمی اتفاق می افتد: در 1 لیتر آب تنها 1 یون به یون تجزیه می شود. 10-7 مولکول مول.

در محلول های اسیدی، در نتیجه تفکیک آنها، یون های H+ اضافی ظاهر می شوند. در چنین محلول هایی یون های H+ به طور قابل توجهی بیشتر از یون های OH - در هنگام تفکیک جزئی آب تشکیل می شوند، بنابراین این محلول ها اسیدی نامیده می شوند (شکل 11.1، سمت چپ). معمولاً گفته می شود که چنین محلول هایی دارای محیط اسیدی هستند. هر چه یون های H+ در محلول بیشتر باشد، محیط اسیدی تر است.

در محلول های قلیایی، در نتیجه تفکیک، برعکس، یون های OH - غالب هستند و کاتیون های H + به دلیل تفکیک ناچیز آب تقریباً وجود ندارند. محیط چنین محلول هایی قلیایی است (شکل 11.1، سمت راست). هر چه غلظت یون های OH - بیشتر باشد، محیط محلول قلیایی تر است.

در محلول نمک خوراکی تعداد یونهای H+ و OH یکسان و برابر با 1 است. 10-7 مول در 1 لیتر محلول. چنین رسانه ای خنثی نامیده می شود (شکل 11.1، مرکز). در واقع این بدان معناست که محلول نه اسید دارد و نه قلیایی. محیط خنثی مشخصه محلول های برخی از نمک ها (که توسط اسیدهای قلیایی و قوی تشکیل می شوند) و بسیاری از مواد آلی است. آب خالص نیز محیطی خنثی دارد.

مقدار pH

اگر طعم کفیر و آب لیمو را با هم مقایسه کنیم، به جرات می توان گفت که آب لیمو بسیار اسیدی تر است، یعنی اسیدیته این محلول ها متفاوت است. قبلاً می دانید که آب خالص حاوی یون H+ نیز می باشد، اما طعم ترش آب احساس نمی شود. این به دلیل غلظت بسیار کم یون های H+ است. غالباً گفتن اینکه یک محیط اسیدی یا قلیایی است کافی نیست، بلکه باید آن را از نظر کمی مشخص کرد.

اسیدیته محیط از نظر کمی با نشانگر هیدروژن pH (تلفظ "p-ash")، مرتبط با غلظت مشخص می شود.

یون های هیدروژن مقدار pH مربوط به محتوای خاصی از کاتیون های هیدروژن در 1 لیتر محلول است. آب خالص و محلول های خنثی حاوی 1 لیتر در 1 لیتر است. 10 7 mol یون H+ و مقدار pH آن 7 است. در محلول های اسیدی غلظت کاتیون های H+ بیشتر از آب خالص و در محلول های قلیایی کمتر است. مطابق با این، مقدار pH تغییر می کند: در یک محیط اسیدی از 0 تا 7 متغیر است، و در یک محیط قلیایی از 7 تا 14 متغیر است. شیمیدان دانمارکی Peder Sørensen برای اولین بار استفاده از مقدار pH را پیشنهاد کرد.

شاید متوجه شده باشید که مقدار pH مربوط به غلظت یون های H+ است. تعیین pH ارتباط مستقیمی با محاسبه لگاریتم یک عدد دارد که در کلاس های ریاضی پایه یازدهم مطالعه خواهید کرد. اما رابطه بین محتوای یون ها در محلول و مقدار pH را می توان طبق طرح زیر ردیابی کرد:

مقدار pH محلول های آبی اکثر مواد و محلول های طبیعی در محدوده 1 تا 13 است (شکل 11.2).

برنج. 11.2. مقدار pH محلول های مختلف طبیعی و مصنوعی

سورن پدر لوریتس سورنسن

شیمیدان فیزیک و بیوشیمیدان دانمارکی، رئیس انجمن سلطنتی دانمارک. فارغ التحصیل از دانشگاه کپنهاگ. در 31 سالگی استاد انستیتوی پلی تکنیک دانمارک شد. او ریاست آزمایشگاه معتبر فیزیکوشیمیایی کارخانه آبجوسازی Carlsberg در کپنهاگ را بر عهده داشت و در آنجا اکتشافات علمی اصلی خود را انجام داد. فعالیت علمی اصلی او به تئوری محلول ها اختصاص داشت: او مفهوم مقدار pH را معرفی کرد و وابستگی فعالیت آنزیم به اسیدیته محلول ها را مطالعه کرد. سورنسن به دلیل دستاوردهای علمی خود در فهرست "100 شیمیدان برجسته قرن بیستم" قرار گرفت، اما در تاریخ علم او در درجه اول به عنوان دانشمندی باقی ماند که مفاهیم "pH" و "pH-metry" را معرفی کرد.

تعیین اسیدیته متوسط

برای تعیین اسیدیته یک محلول در آزمایشگاه ها، اغلب از یک شاخص جهانی استفاده می شود (شکل 11.3). با رنگ آن، می توانید نه تنها وجود اسید یا قلیایی، بلکه مقدار pH محلول را با دقت 0.5 تعیین کنید. برای اندازه گیری دقیق تر pH، دستگاه های خاصی وجود دارد - pH متر (شکل 11.4). آنها به شما امکان می دهند PH محلول را با دقت 0.001-0.01 تعیین کنید.

با استفاده از نشانگرها یا PH متر، می توانید چگونگی پیشرفت واکنش های شیمیایی را نظارت کنید. به عنوان مثال، اگر اسید کلرید به محلول هیدروکسید سدیم اضافه شود، واکنش خنثی سازی رخ می دهد:

برنج. 11.3. یک شاخص جهانی مقدار PH تقریبی را تعیین می کند

برنج. 11.4. برای اندازه گیری pH محلول ها از دستگاه های خاصی استفاده می شود - pH متر: a - آزمایشگاه (ساکن)؛ ب - قابل حمل

در این حالت محلول های معرف و محصولات واکنش بی رنگ هستند. اگر یک الکترود PH متر در محلول قلیایی اولیه قرار داده شود، خنثی سازی کامل قلیایی توسط اسید را می توان با مقدار pH محلول حاصل قضاوت کرد.

کاربرد شاخص pH

تعیین اسیدیته محلول ها در بسیاری از زمینه های علم، صنعت و سایر زمینه های زندگی انسان از اهمیت عملی بالایی برخوردار است.

بوم شناسان به طور مرتب pH آب باران، رودخانه ها و دریاچه ها را اندازه گیری می کنند. افزایش شدید اسیدیته آبهای طبیعی ممکن است نتیجه آلودگی اتمسفر یا ورود زباله های صنعتی به بدنه های آبی باشد (شکل 11.5). چنین تغییراتی مستلزم مرگ گیاهان، ماهی ها و سایر ساکنان بدنه های آبی است.

شاخص هیدروژن برای مطالعه و مشاهده فرآیندهای رخ داده در موجودات زنده بسیار مهم است، زیرا واکنش های شیمیایی متعددی در سلول ها انجام می شود. در تشخیص بالینی، pH پلاسمای خون، ادرار، شیره معده و غیره تعیین می شود (شکل 11.6). PH طبیعی خون بین 7.35 تا 7.45 است. حتی یک تغییر کوچک در pH خون انسان باعث بیماری جدی می شود و در pH = 7.1 و کمتر، تغییرات برگشت ناپذیری شروع می شود که می تواند منجر به مرگ شود.

برای اکثر گیاهان، اسیدیته خاک مهم است، بنابراین متخصصان کشاورزی از قبل تجزیه و تحلیل خاک را انجام می دهند و pH آنها را تعیین می کنند (شکل 11.7). اگر اسیدیته برای یک محصول خاص خیلی زیاد باشد، خاک با افزودن گچ یا آهک آهک می شود.

در صنایع غذایی از شاخص های اسید-باز برای کنترل کیفیت محصولات غذایی استفاده می شود (شکل 11.8). به عنوان مثال، pH طبیعی شیر 6.8 است. انحراف از این مقدار یا وجود ناخالصی های خارجی یا ترش شدن آن را نشان می دهد.

برنج. 11.5. تأثیر سطح pH آب در مخازن بر فعالیت حیاتی گیاهان در آنها

مقدار pH برای لوازم آرایشی که در زندگی روزمره استفاده می کنیم مهم است. میانگین pH برای پوست انسان 5.5 است. اگر پوست با محصولاتی که اسیدیته آنها به طور قابل توجهی با این مقدار متفاوت است تماس پیدا کند، منجر به پیری زودرس پوست، آسیب یا التهاب می شود. مشاهده شد که لباسشویی هایی که از صابون لباسشویی معمولی (pH = 8-10) یا نوشابه (Na 2 CO 3، pH = 12-13) برای مدت طولانی برای شستن استفاده می کردند، پوست دست آنها بسیار خشک و پوشیده شده بود. ترک ها بنابراین استفاده از انواع لوازم آرایشی (ژل، کرم، شامپو و ...) با PH نزدیک به PH طبیعی پوست بسیار مهم است.

آزمایشات آزمایشگاهی شماره 1-3

تجهیزات: قفسه با لوله های آزمایش، پیپت.

معرف ها: آب، اسید کلرید، محلول های NaCl، NaOH، سرکه سفره، نشانگر جهانی (محلول یا کاغذ نشانگر)، محصولات غذایی و آرایشی (به عنوان مثال، لیمو، شامپو، خمیر دندان، پودر لباسشویی، نوشیدنی های گازدار، آب میوه ها و غیره). .

مقررات ایمنی:

برای آزمایش، از مقادیر کم معرف استفاده کنید.

مراقب باشید که معرف ها روی پوست یا چشم شما قرار نگیرد. اگر ماده سوزاننده وارد شد، آن را با آب فراوان بشویید.

تعیین یون های هیدروژن و یون های هیدروکسید در محلول ها. تعیین مقدار PH تقریبی آب، محلول های قلیایی و اسیدی

1. 1-2 میلی لیتر در پنج لوله آزمایش داخل لوله آزمایش شماره 1 - آب، شماره 2 - اسید کلرید، شماره 3 - محلول کلرید سدیم، شماره 4 - محلول هیدروکسید سدیم و شماره 5 - سرکه سفره بریزید. .

2. 2-3 قطره از محلول نشانگر جهانی را به هر لوله آزمایش اضافه کنید یا کاغذ نشانگر را پایین بیاورید. pH محلول ها را با مقایسه رنگ نشانگر در مقیاس استاندارد تعیین کنید. در مورد وجود کاتیون های هیدروژن یا یون های هیدروکسید در هر لوله آزمایش نتیجه گیری کنید. معادلات تفکیک این ترکیبات را بنویسید.

بررسی PH محصولات غذایی و آرایشی

نمونه های محصولات غذایی و آرایشی را با نشانگر جهانی تست کنید. برای مطالعه مواد خشک، به عنوان مثال، پودر لباسشویی، آنها باید در مقدار کمی آب حل شوند (1 کاردک ماده خشک در هر 0.5-1 میلی لیتر آب). PH محلول ها را تعیین کنید. در مورد اسیدیته محیط در هر یک از محصولات مورد مطالعه نتیجه گیری کنید.

ایده کلیدی

کنترل سوالات

130- وجود چه یون هایی در محلول اسیدیته آن را مشخص می کند؟

131- چه یون هایی در محلول های اسیدی بیش از حد یافت می شوند؟ در قلیایی؟

132- چه شاخصی اسیدیته محلول ها را به صورت کمی توصیف می کند؟

133. مقدار pH و محتوای یون های H+ در محلول ها چقدر است: الف) خنثی. ب) اسیدی ضعیف؛ ج) کمی قلیایی؛ د) به شدت اسیدی؛ ه) بسیار قلیایی؟

تکالیف برای تسلط بر مطالب

134. محلول آبی یک ماده معین دارای محیط قلیایی است. کدام یون در این محلول بیشتر وجود دارد: H+ یا OH -؟

135. دو لوله آزمایش حاوی محلول های اسید نیترات و نیترات پتاسیم است. برای تعیین اینکه کدام لوله آزمایش حاوی محلول نمک است، از چه شاخص هایی می توان استفاده کرد؟

136. سه لوله آزمایش حاوی محلول های هیدروکسید باریم، اسید نیترات و نیترات کلسیم است. چگونه این محلول ها را با استفاده از یک معرف تشخیص دهیم؟

137. از فهرست بالا، فرمول موادی را که محلول آنها دارای محیط است را جداگانه بنویسید: الف) اسیدی. ب) قلیایی؛ ج) خنثی NaCl، HCl، NaOH، HNO 3، H 3 PO 4، H 2 SO 4، Ba(OH) 2، H 2 S، KNO 3.

138. آب باران 6/5= pH دارد. این یعنی چی؟ کدام ماده موجود در هوا وقتی در آب حل می شود اسیدیته محیط را تعیین می کند؟

139. چه نوع محیطی (اسیدی یا قلیایی): الف) در محلول شامپو (pH = 5.5).

ب) در خون یک فرد سالم (pH = 7.4)؛ ج) در شیره معده انسان (pH = 1.5)؛ د) در بزاق (pH = 7.0)؟

140. زغال سنگ مورد استفاده در نیروگاه های حرارتی دارای ترکیباتی از نیتروژن و گوگرد است. انتشار محصولات احتراق زغال سنگ در جو منجر به تشکیل به اصطلاح باران اسیدی می شود که حاوی مقادیر کمی اسیدهای نیترات یا سولفیت است. چه مقادیر pH برای چنین آب بارانی معمول است: بیش از 7 یا کمتر از 7؟

141. آیا pH محلول اسید قوی به غلظت آن بستگی دارد؟ پاسخت رو توجیه کن.

142. محلولی از فنل فتالئین به محلولی حاوی 1 مول هیدروکسید پتاسیم اضافه شد. آیا رنگ این محلول تغییر می کند اگر اسید کلرید به مقدار ماده به آن اضافه شود: الف) 0.5 مول. ب) 1 مول؛

ج) 1.5 مول؟

143. سه لوله آزمایش بدون برچسب حاوی محلول های بی رنگ سولفات سدیم، هیدروکسید سدیم و اسید سولفات هستند. مقدار pH برای همه محلول ها اندازه گیری شد: در لوله آزمایش اول - 2.3، در دوم - 12.6، در سوم - 6.9. کدام لوله آزمایش حاوی کدام ماده است؟

144. دانش آموز از داروخانه آب مقطر خرید. PH متر نشان داد که مقدار pH این آب 6.0 است. سپس دانش آموز این آب را به مدت طولانی جوشاند و ظرف را تا بالای آن از آب داغ پر کرد و درب آن را بست. هنگامی که آب تا دمای اتاق خنک شد، pH متر مقدار 7.0 را تشخیص داد. پس از این، دانش آموز با نی هوا را از داخل آب عبور داد و PH متر دوباره 6.0 را نشان داد. چگونه می توان نتایج این اندازه گیری های pH را توضیح داد؟

145. به نظر شما چرا دو بطری سرکه از یک سازنده ممکن است حاوی محلول هایی با مقدار pH کمی متفاوت باشد؟

این مطالب کتاب درسی است

آب یک الکترولیت ضعیف است. با توجه به معادله ضعیف تفکیک می شود

در دمای 25 درجه سانتی گراد، 10-7 مول H2O در 1 لیتر آب به یون تجزیه می شود. غلظت یون های H+ و OH- (بر حسب mol/l) برابر خواهد بود

آب خالص واکنش خنثی دارد. وقتی اسید به آن اضافه می شود، غلظت یون های H+ افزایش می یابد، یعنی. > 10-7 مول در لیتر؛ غلظت یون های OH- کاهش می یابد، به عنوان مثال. کمتر از 10-7 مول در لیتر. هنگام افزودن قلیایی، غلظت یون های OH- افزایش می یابد: > 10-7 mol/l، بنابراین کمتر از 10-7 mol/l.

در عمل برای بیان اسیدیته یا قلیایی بودن محلول به جای غلظت، از لگاریتم اعشاری منفی آن استفاده می شود که به آن مقدار pH می گویند:

در آب خنثی، pH = 7. مقادیر pH و غلظت های مربوط به یون های H+ و OH- در جدول آورده شده است. 4.

محلول های بافر

بسیاری از واکنش‌های تحلیلی با مقدار pH کاملاً مشخصی انجام می‌شوند که باید در طول واکنش حفظ شود. در طی برخی واکنش ها، pH ممکن است در نتیجه اتصال یا آزاد شدن یون های H+ تغییر کند. برای حفظ مقدار pH ثابت، از محلول های بافر استفاده می شود.

محلول های بافر اغلب مخلوطی از اسیدهای ضعیف با نمک این اسیدها یا مخلوطی از بازهای ضعیف با نمک های همان بازها هستند. به عنوان مثال، اگر مقدار معینی از اسید قوی مانند HCl به محلول بافر استات متشکل از اسید استیک CH3COOH و استات سدیم CH3COONa اضافه شود، با یون های استات واکنش داده و CH3COOH کمی تفکیک کننده تشکیل می دهد:

بنابراین، یون های H+ اضافه شده به محلول آزاد نمی مانند، بلکه توسط یون های CH3COO- محدود می شوند و بنابراین pH محلول به سختی تغییر می کند. هنگام افزودن یک محلول قلیایی به محلول بافر استات، یون های OH- توسط مولکول های تفکیک نشده اسید استیک CH3COOH متصل می شوند:

در نتیجه، pH محلول در این حالت نیز تقریباً بدون تغییر باقی می‌ماند.

محلول های بافر اثر بافری خود را تا حد معینی حفظ می کنند، به عنوان مثال. آنها ظرفیت بافر خاصی دارند. اگر یون های H+ یا OH- بیش از ظرفیت بافر محلول در محلول وجود داشته باشد، pH به طور قابل توجهی تغییر می کند، مانند محلول های غیر بافری.

به طور معمول، روش‌های سنجش مشخص می‌کنند که کدام محلول بافر باید برای یک سنجش معین استفاده شود و چگونه باید آماده شود. مخلوط های بافری با مقادیر pH دقیق در آمپول هایی برای تهیه محلول 500 میلی لیتری تولید می شوند.

pH = 1.00.ترکیبات: 0.084 گرم گلیکول (اسید آمینه استیک NH2CH2COOH)، 0.066 گرم کلرید سدیم NaCl و 2.228 گرم اسید هیدروکلریک HCl.

pH = 2.00.ترکیب: 3.215 گرم اسید سیتریک C6H8O7-H2O، 1.224 گرم سدیم هیدروکسید NaOH و 1.265 گرم اسید هیدروکلریک HCl.

pH = 3.00.ترکیب: 4.235 گرم اسید سیتریک C6H8O7-H2O، 1.612 گرم سدیم هیدروکسید NaOH و 1.088 گرم اسید هیدروکلریک HCl.

pH = 4.00.ترکیب: 5.884 گرم اسید سیتریک C6H8O7-H2O، 2.240 گرم هیدروکسید سدیم NaOH و 0.802 گرم اسید هیدروکلریک HCl.

pH = 5.00.ترکیب: 10.128 گرم اسید سیتریک C6H8O7-H2O و 3.920 گرم سدیم هیدروکسید NaOH.

pH = 6.00.ترکیب: 6.263 گرم اسید سیتریک C6H8O7-H2O و 3.160 گرم سدیم هیدروکسید NaOH.

pH = 7.00.ترکیب: 1.761 گرم پتاسیم دی هیدروژن فسفات KH2PO4 و 3.6325 گرم سدیم هیدروژن فسفات Na2HPO4-2H2O.

pH = 8.00.ترکیب: 3.464 گرم اسید بوریک H3BO3، 1.117 گرم سدیم هیدروکسید NaOH و 0.805 گرم اسید هیدروکلریک HCl.

pH = 9.00.ترکیب: 1.546 گرم اسید بوریک H3BO3، 1.864 گرم کلرید پتاسیم، KCl و 0.426 گرم سدیم هیدروکسید NaOH.

pH = 10.00.ترکیب: 1.546 گرم اسید بوریک H3BO3، 1.864 گرم کلرید پتاسیم KCl و 0.878 گرم سدیم هیدروکسید NaOH.

pH = 11.00.ترکیب: 2.225 گرم سدیم هیدروژن فسفات Na2HPO4-2H2O و 0.068 گرم سدیم هیدروکسید NaOH.

pH = 12.00.ترکیب: 2.225 گرم سدیم هیدروژن فسفات Na2HPO4-2H2O و 0.446 گرم سدیم هیدروکسید NaOH.

pH = 13.00.ترکیب: 1.864 گرم کلرید پتاسیم KCl و 0.942 گرم سدیم هیدروکسید NaOH.

انحراف از مقدار pH اسمی برای محلول‌های با pH از 1 تا 10 ± 0.02 و در pH از 11 تا 13 به 0.05± می‌رسد. این دقت برای کار عملی کاملاً کافی است.

برای تنظیم pH متر از محلول های بافر استاندارد با مقادیر pH دقیق استفاده می شود.

1. محلول بافر استات با pH=4.62: 005/6 گرم اسید استیک CH3COOH و 204/8 گرم استات سدیم CH3COONa در 1 لیتر محلول.

2. محلول بافر فسفات با pH=6.88: 4.450 گرم سدیم هیدروژن فسفات Na2HPO4-2H2O و 3.400 گرم پتاسیم دی هیدروژن فسفات KH2PO4 در 1 لیتر محلول.

3. محلول بافر بورات با pH=9.22: 81/3 گرم سدیم تترابورات Na2B4O7-10H2O در 1 لیتر محلول.

4. محلول بافر فسفات با pH=11.00: 4.450 گرم سدیم هیدروژن فسفات Na2HPO4-2H2O و 0.136 گرم سدیم هیدروکسید NaOH در 1 لیتر محلول.

برای تهیه محلول های بافر برای آنالیزهای کشاورزی و بیوشیمیایی با مقادیر pH از 1.1 تا 12.9 با فاصله 0.1 از 7 محلول پایه استفاده می شود.

راه حل 1. 866/11 گرم سدیم هیدروژن فسفات Na2HPO4-2H2O را در آب حل کرده و در یک فلاسک حجمی با آب تا 1 لیتر (غلظت محلول 15/1 مولار) رقیق کنید.

راه حل 2. 9.073 پتاسیم دی هیدروژن فسفات KH2PO4 را در 1 لیتر آب در یک فلاسک حجمی (غلظت 1/15 M) حل کنید.

راه حل 3. 507/7 گرم گلیکول (اسید آمینه استیک) NH2CH2COOH و 84/5 گرم کلرید سدیم NaCl را در 1 لیتر آب در یک فلاسک حجمی حل کنید. از این محلول با مخلوط کردن با 0.1 نیوتن. محلول های بافر با pH از 1.1 تا 3.5 با محلول HCl تهیه می شوند. مخلوط کردن با 0.1 نیوتن محلول NaOH برای تهیه محلول هایی با pH از 8.6 تا 12.9 استفاده می شود.

راه حل 4. 014/21 گرم اسید سیتریک C6H8O7-H2O را در آب حل کرده و 200 میلی لیتر 1 نیوتن به محلول اضافه کنید. محلول NaOH و در یک فلاسک حجمی با آب به 1 لیتر رقیق می شود. با مخلوط کردن این محلول با 0.1 نیوتن. محلول های بافر با pH از 1.1 تا 4.9 با استفاده از محلول HCl تهیه می شوند. مخلوط کردن با 0.1 نیوتن محلول های بافر با pH از 5.0 تا 6.6 با استفاده از محلول NaOH تهیه می شوند.

راه حل 5. 12.367 گرم اسید بوریک H3BO3 را در آب حل کنید، 100 میلی لیتر 1 نیوتن اضافه کنید. محلول NaOH و در یک فلاسک حجمی با آب تا 1 لیتر رقیق می شود. با مخلوط کردن این محلول با 0.1 نیوتن. محلول های بافر با pH از 7.8 تا 8.9 با محلول HCl تهیه می شوند. مخلوط کردن با 0.1 نیوتن محلول های بافر با pH از 9.3 تا 11.0 با استفاده از محلول NaOH تهیه می شوند.

راه حل 6.دقیقا 0.1 نیوتن آماده کنید. محلول HCl؛

راه حل 7.دقیقا 0.1 نیوتن آماده کنید. محلول NaOH؛ برای تهیه محلول، آب مقطر را به مدت 2 ساعت می جوشانند تا CO2 خارج شود. در طول ذخیره سازی، محلول از ورود CO2 از هوا با یک لوله کلرید کلسیم محافظت می شود.

در برخی از محلول ها، برای جلوگیری از این امر، کپک ایجاد می شود، چند قطره تیمول را به عنوان نگهدارنده به محلول اضافه کنید. برای تهیه محلول بافری با pH مورد نیاز، محلول های نشان داده شده با نسبت معینی مخلوط می شوند (جدول 5). حجم با استفاده از بورت با ظرفیت 100.0 میلی لیتر اندازه گیری می شود. تمام مقادیر pH محلول های بافر در جدول در دمای 20 درجه سانتیگراد آورده شده است.

برای تهیه محلول های اولیه از معرف های گرید شیمیایی استفاده می شود. سدیم هیدروژن فسفات Na2HPO4-2H2O دو بار از پیش متبلور می شود. در طول تبلور مجدد دوم، دمای محلول نباید از 90 درجه سانتیگراد تجاوز کند. آماده سازی به دست آمده کمی مرطوب شده و به مدت دو روز در ترموستات در دمای 36 درجه سانتی گراد خشک می شود. پتاسیم دی هیدروژن فسفات KH2PO4 نیز دو بار تبلور مجدد می شود و در دمای 110-120 درجه سانتی گراد خشک می شود. سدیم کلرید NaCl دو بار متبلور شده و در دمای 120 درجه سانتی گراد خشک می شود. اسید سیتریک C6H8O7-H2O دو بار متبلور می شود. در طول تبلور مجدد دوم، دمای محلول نباید از 60 درجه سانتیگراد تجاوز کند. اسید بوریک H3BO3 دو بار از آب جوش متبلور می شود و در دمای بیش از 80 درجه سانتی گراد خشک می شود.

مقدار pH تحت تأثیر دمای محلول بافر است. روی میز شکل 6 انحراف pH را بسته به دمای محلول های بافر استاندارد نشان می دهد.

برای ایجاد pH معین در محلول مورد تجزیه و تحلیل در طی تیتراسیون های کمپلکس سنجی، از محلول های بافری با ترکیب زیر استفاده می شود.

pH = 1.اسید کلریدریک، 0.1 نیوتن. راه حل.

pH = 2.مخلوطی از گلیکول NH2-CH2-COOH و نمک اسید هیدروکلریک آن NH2-CH2-COOH-HCl. گلیکول جامد (0.2-0.3 گرم) به 100 میلی لیتر محلول نمک اسید هیدروکلریک اضافه می شود.

pH = 4-6.5.مخلوط استات 1 نیوتن. محلول استات سدیم و 1 نیوتن. محلول اسید استیک محلول ها قبل از استفاده در حجم های مساوی مخلوط می شوند.

pH = 5.مخلوطی از محلول 27.22 گرم استات سدیم کریستالی و 60 میلی لیتر 1 نیوتن. محلول HCl با آب به 1 لیتر رقیق می شود.

pH = 5.5.مخلوط استات. 540 گرم استات سدیم را در آب حل کرده و تا 1 لیتر رقیق کنید. به محلول حاصل 500 میلی لیتر 1 نیوتن اضافه کنید. محلول اسید استیک

pH = 6.5-8.تری اتانول آمین و نمک اسید هیدروکلریک آن. محلول 1 مولار تری اتانول آمین N(C2H4OH)3 و محلول 1 مولار HCl را در حجم های مساوی قبل از استفاده مخلوط کنید.

pH = 8.5-9.0.مخلوط آمونیاک-استات. به 500 میلی لیتر آمونیاک غلیظ 300 میلی لیتر اسید استیک گلاسیال اضافه کنید و با آب تا 1 لیتر رقیق کنید.

pH = 9.مخلوط بورات. 100 میلی لیتر محلول اسید بوریک 0.3 مولار را با 45 میلی لیتر 0.5 نیوتن مخلوط کنید. محلول سود سوزآور

pH = 8-11.آمونیاک کلرید آمونیوم است. 1 نیوتن را مخلوط کنید. محلول NH4OH و 1 نیوتن. محلول NH4Cl در حجم مساوی قبل از استفاده.

pH = 10.به 570 میلی لیتر محلول غلیظ آمونیاک، 70 گرم کلرید آمونیوم اضافه کنید و با آب تا 1 لیتر رقیق کنید.

pH = 11-13.سود سوزآور، 0.1 نیوتن. راه حل.

هنگام تعیین کمپلکسومتری سختی کل آب، از قرص های بافر خاکستری قهوه ای استفاده می شود که همراه با یک نشانگر (اریوکروم سیاه T) تهیه می شود. به یک نمونه آب (100 میلی لیتر)، کافی است چند قطره محلول سولفید سدیم (برای پوشاندن فلزات سنگین)، دو قرص بافر و 1 میلی لیتر آمونیاک غلیظ اضافه کنید. پس از حل شدن قرص ها، محلول قرمز می شود. آن را با یک محلول EDTA 0.02 M به رنگ سبز پایدار تیتر می کنند. 1 میلی لیتر محلول EDTA 0.02 مولار معادل 0.02 eq/l سختی آب است. تولید شده در GDR.

اندازه گیری pH

برای تعیین pH محلول ها از معرف های ویژه - شاخص ها و همچنین دستگاه ها - pH متر (تعیین pH الکترومتری) استفاده می شود.

تعیین شاخص pHاغلب در عمل تحلیلی، pH محلول ها تقریباً با استفاده از کاغذ نشانگر واکنشی (در محدوده 0.5-2.0 واحد pH) تعیین می شود. با استفاده از کاغذ نشانگر جهانی، می توانید pH را با دقت بیشتری (در محدوده 0.2-0.3 واحد pH) تعیین کنید. روی میز 7 و 8 داده های مربوط به کاغذهای شاخص واکنشی و جهانی را نشان می دهد.

انتقال رنگ کاغذ نشانگر جهانی در جدول آورده شده است. 8 و 9. رنگ های میانی حاصل با مقیاس مقایسه پیوست شده مقایسه شده و مقادیر pH محلول آزمایش از آن بدست می آید. برای تعیین pH محلول های آبی با غلظت کم نمک و در غیاب عوامل اکسید کننده قوی می توان از کاغذهای اندیکاتور استفاده کرد. پس از تعیین pH با استفاده از کاغذ نشانگر جهانی با محدوده pH 1.0-11.0 یا 0-12، نتیجه با استفاده از کاغذ Rifan با محدوده pH باریک تر مشخص می شود.

اندازه گیری pH الکترومتریاین روش برای اندازه گیری pH محلول های رنگی که در آن عملا غیرممکن است، مفید است. برای اندازه گیری، از ابزارهایی استفاده می شود - pH متر با یک الکترود شیشه ای، که معمولا جایگزین الکترود هیدروژن می شود. به ندرت برای این منظور از الکترود آنتیموان یا کین هیدرون استفاده می شود.

الکترودهای شیشه ای برای تعیین pH محلول های حاوی فلزات سنگین، عوامل اکسید کننده و عوامل کاهنده و همچنین محلول ها و امولسیون های کلوئیدی استفاده می شوند. تعیین pH با الکترود شیشه ای بر اساس تغییر در emf است. عنصری که نسبت به یون های هیدروژن برگشت پذیر است.

پتانسیل سطح شیشه در تماس با محلول اسید به pH محلول بستگی دارد. از این خاصیت شیشه در الکترودهای شیشه ای - نشانگرهای pH استفاده می شود. یک الکترود شیشه ای معمولاً به شکل یک لوله آزمایش است که کف آن به شکل یک صفحه شیشه ای با دیواره نازک یا به شکل یک توپ با ضخامت دیواره بیش از 0.01 میلی متر ساخته می شود. یک محلول بافر با pH شناخته شده در یک الکترود شیشه ای ریخته می شود و در محلول آزمایش قرار می گیرد.

از الکترود کالومل به عنوان الکترود مرجع استفاده می شود. این الکترود یک ظرف حاوی جیوه در پایین است که توسط سیم پلاتین به مدار متصل است. در بالای جیوه خمیر کلومل با کریستال های KCl وجود دارد و در بالا محلول های اشباع KCl و کالومل (Hg2Cl2) قرار دارد. تماس الکترود با محلول آزمایش از طریق یک فیبر آزبست نازک رخ می دهد. الکترود مرجع کالومل را می توان برای اندازه گیری pH در دمای بیش از 60 درجه سانتیگراد استفاده کرد. pH محلول های حاوی فلوراید را نمی توان اندازه گیری کرد.

PH متر همیشه با استفاده از محلول بافری که pH آن نزدیک به pH محلول مورد آزمایش است بررسی و تنظیم می شود. به عنوان مثال، برای اندازه گیری pH در محدوده 2 تا 6، یک محلول بافر Serensen با pH = 3 یا 4 تهیه کنید یا از یک محلول بافر استاندارد با pH = 4.62 استفاده کنید.

در عمل آزمایشگاهی، pH متر LPU-01 برای اندازه گیری pH استفاده می شود، که برای تعیین pH محلول ها در محدوده 2- تا 14 با محدوده 4 واحد pH طراحی شده است: -2-2; 2-4; 6-10; 10-14. حساسیت دستگاه 0.01 pH می باشد. آنها همچنین از pH متر آزمایشگاهی ویژه LPS-02 استفاده می کنند. PH متر نوع PL-U1 و PH متر-میلی ولت متر قابل حمل PPM-03M1.

یک مبدل صنعتی با دقت بالا یک PH متر از نوع pH-261 است که برای اندازه گیری pH محلول ها و خمیرها در نظر گرفته شده است. در شرایط مزرعه، pH متر PH-47M برای اندازه گیری pH محلول های آبی استفاده می شود. برای اندازه گیری pH عصاره های خاک نمک - PH متر PLP-64؛ برای شیر و فرآورده های لبنی از PH متر pH-222-2 استفاده می شود. کار بر روی PH متر طبق دستورالعمل های موجود در هر دستگاه انجام می شود.

مقدار هیدروژن (PH).یکی از مهمترین خواص محلول های آبی اسیدیته (یا قلیایی بودن آنها) است که با غلظت یون های H + و OH - مشخص می شود. سانتی متر. تفکیک الکترولیتی. الکترولیت ها). غلظت این یون ها در محلول های آبی با یک رابطه ساده = = مرتبط است به w ; (براکت های مربع معمولاً غلظت را بر حسب مول در لیتر نشان می دهند). مقدار Kw محصول یونی آب نامیده می شود و در دمای معین ثابت است. بنابراین، در 0 o C برابر است با 0.11 H 10-14، در 20 o C - 0.69 H 10-14، و در 100 o C - 55.0 H 10-14 است. پرکاربردترین معنی این است ک w در 25 o C، که برابر با 1.00H 10 –14 است. در آب کاملاً خالص، که حتی حاوی گازهای محلول نیست، غلظت یون های H + و OH - برابر است (محلول خنثی است). در موارد دیگر، این غلظت ها منطبق نیستند: در محلول های اسیدی، یون های H + غالب هستند، در محلول های قلیایی، یون های OH- غالب هستند. اما محصول آنها در هر محلول آبی ثابت است. بنابراین، اگر غلظت یکی از این یون ها را افزایش دهید، غلظت یون دیگر نیز به همان میزان کاهش می یابد. بنابراین، در محلول اسید ضعیف، که در آن = 10 –5 mol/l، = 10 –9 mol/l، و حاصلضرب آنها همچنان برابر با 10 –14 است. به طور مشابه، در یک محلول قلیایی در = 3.7H 10 –3 mol/l = 10 –14 /3.7H 10 –3 = 2.7H 10 –11 mol/l.

از موارد فوق چنین استنباط می شود که اسیدیته یک محلول را می توان با نشان دادن غلظت تنها یون های هیدروژن در آن به طور واضح بیان کرد. به عنوان مثال، در آب خالص = 10-7 mol/l. در عمل، کار با چنین اعدادی ناخوشایند است. علاوه بر این، غلظت یون‌های H + در محلول‌ها می‌تواند صدها تریلیون بار متفاوت باشد - از تقریباً 10-15 مول در لیتر (محلول‌های قلیایی قوی) تا 10 مول در لیتر (اسید کلریدریک غلیظ) که نمی‌توان آن را روی هیچ‌کدام نشان داد. نمودار بنابراین، مدتهاست توافق شده است که برای غلظت یونهای هیدروژن در یک محلول، تنها توان 10، که با علامت مخالف گرفته شده است، نشان داده شود. برای انجام این کار، غلظت باید به عنوان توان 10x بیان شود، بدون ضریب، به عنوان مثال، 3.7H 10 -3 = 10 -2.43. (برای محاسبات دقیق تر، به ویژه در محلول های غلیظ، از فعالیت آنها به جای غلظت یون ها استفاده می شود.) این توان را توان هیدروژن و به اختصار pH - از نام هیدروژن و کلمه آلمانی Potenz - درجه ریاضی نامیده می شود. بنابراین، طبق تعریف، pH = –log[H + ]. این مقدار می تواند در محدوده های کوچک تغییر کند - فقط از 1- تا 15 (و اغلب - از 0 تا 14). در این حالت، تغییر غلظت یون های H + 10 برابر با تغییر pH به اندازه یک واحد مطابقت دارد. نامگذاری pH در سال 1909 توسط شیمیدان فیزیک و بیوشیمی دانمارکی S.P.L، که در آن زمان در حال مطالعه فرآیندهای تخمیر مالت آبجو و وابستگی آنها به اسیدیته بود، به کار گرفته شد.

در دمای اتاق در محلول های خنثی pH = 7، در محلول های اسیدی pH< 7, а в щелочных рН >7. مقدار PH تقریبی یک محلول آبی را می توان با استفاده از شاخص ها تعیین کرد. به عنوان مثال، متیل اورنج در pH< 3,1 имеет красный цвет, а при рН >4.4 - زرد؛ تورنسل در pH< 6,1 красный, а при рН >8 - آبی و غیره با دقت بیشتر (تا صدم کسری) مقدار pH را می توان با استفاده از دستگاه های ویژه - pH متر تعیین کرد. چنین دستگاه هایی پتانسیل الکتریکی یک الکترود ویژه غوطه ور در محلول را اندازه گیری می کنند. این پتانسیل به غلظت یون هیدروژن در محلول بستگی دارد و با دقت بالایی قابل اندازه گیری است.

مقایسه مقادیر pH محلول های مختلف اسیدها، بازها، نمک ها (در غلظت 0.1 مول در لیتر) و همچنین برخی مخلوط ها و اشیاء طبیعی جالب است. برای ترکیبات کم محلول که با ستاره مشخص شده اند، pH محلول های اشباع داده می شود.

جدول به ما اجازه می دهد تا تعدادی مشاهدات جالب انجام دهیم. برای مثال مقادیر pH بلافاصله قدرت نسبی اسیدها و بازها را نشان می دهد. تغییر شدید در محیط خنثی در نتیجه هیدرولیز نمک های تشکیل شده توسط اسیدها و بازهای ضعیف و همچنین در هنگام تفکیک نمک های اسیدی نیز به وضوح قابل مشاهده است.

آب طبیعی همیشه یک واکنش اسیدی (pH) دارد< 7) из-за того, что в ней растворен углекислый газ; при его реакции с водой образуется кислота: СО 2 + Н 2 О « Н + + НСО 3 2– . Если насытить воду углекислым газом при атмосферном давлении, рН полученной «газировки» будет равен 3,7; такую кислотность имеет примерно 0,0007%-ный раствор соляной кислоты – желудочный сок намного кислее! Но даже если повысить давление CO 2 над раствором до 20 атм, значение pH не опускается ниже 3,3. Это значит, что газированную воду (в умеренных количествах, конечно) можно пить без вреда для здоровья, даже если она насыщена углекислым газом.

مقادیر خاص pH برای زندگی موجودات زنده بسیار مهم است. فرآیندهای بیوشیمیایی در آنها باید در یک اسیدیته کاملاً مشخص رخ دهد. کاتالیزورهای بیولوژیکی - آنزیم ها فقط در محدوده pH خاصی قادر به کار هستند و هنگامی که از این محدودیت ها فراتر می روند، فعالیت آنها به شدت کاهش می یابد. به عنوان مثال، فعالیت آنزیم پپسین، که هیدرولیز پروتئین ها را کاتالیز می کند و در نتیجه هضم غذاهای پروتئینی را در معده تقویت می کند، در pH حدود 2 حداکثر است. بنابراین، برای هضم طبیعی لازم است که شیره معده مقادیر pH نسبتاً پایینی دارند: معمولاً 1.53-67. با زخم معده pH به طور متوسط ​​به 1.48 کاهش می یابد و با زخم اثنی عشر حتی می تواند به 105 برسد. مقدار دقیق pH شیره معده با معاینه داخل معده (pH probe) تعیین می شود. اگر فردی اسیدیته پایینی داشته باشد، پزشک ممکن است مصرف محلول ضعیف اسید کلریدریک همراه با غذا را تجویز کند و در صورت وجود اسیدیته بالا، داروهای ضد اسید مانند هیدروکسیدهای منیزیم یا آلومینیوم را مصرف کند. جالب است که اگر آبلیمو بنوشید، اسیدیته آب معده... کم می شود! در واقع، محلول اسید سیتریک تنها اسید هیدروکلریک قوی‌تر موجود در شیره معده را رقیق می‌کند.

در سلول های بدن pH حدود 7 و در مایع خارج سلولی 7.4 است. پایانه های عصبی که خارج از سلول هستند به تغییرات pH بسیار حساس هستند. هنگامی که آسیب مکانیکی یا حرارتی به بافت ها وارد می شود، دیواره های سلولی از بین می روند و محتویات آنها به انتهای عصبی می رسد. در نتیجه فرد احساس درد می کند. محقق اسکاندیناویایی اولاف لیندال آزمایش زیر را انجام داد: با استفاده از یک انژکتور مخصوص بدون سوزن، جریان بسیار نازکی از محلول از طریق پوست فرد تزریق می شد که به سلول ها آسیب نمی رساند، اما روی انتهای عصبی اثر می گذاشت. نشان داده شده است که کاتیون های هیدروژن هستند که باعث درد می شوند و با کاهش pH محلول، درد تشدید می شود. به همین ترتیب، محلول اسید فرمیک که توسط حشرات یا گزنه‌ها به زیر پوست تزریق می‌شود، مستقیماً روی اعصاب اثر می‌گذارد. مقادیر مختلف pH بافت ها همچنین توضیح می دهد که چرا با برخی از التهاب ها فرد احساس درد می کند و در برخی دیگر - نه.

جالب اینجاست که تزریق آب تمیز زیر پوست درد شدیدی ایجاد می کند. این پدیده که در نگاه اول عجیب است، به این صورت توضیح داده می شود: وقتی سلول ها در اثر فشار اسمزی با آب تمیز تماس پیدا می کنند، پاره می شوند و محتویات آنها بر انتهای عصبی تأثیر می گذارد.

مقدار pH خون باید در محدوده بسیار باریک باقی بماند. حتی اسیدی شدن خفیف (اسیدوز) یا قلیایی شدن (آلکالوز) می تواند منجر به مرگ ارگانیسم شود. اسیدوز در بیماری هایی مانند برونشیت، نارسایی گردش خون، تومورهای ریه، پنومونی، دیابت، تب، آسیب کلیه و روده مشاهده می شود. آلکولوز با تهویه بیش از حد ریه ها (یا با استنشاق اکسیژن خالص)، کم خونی، مسمومیت با CO، هیستری، تومور مغزی، مصرف بیش از حد جوش شیرین یا آب های معدنی قلیایی و مصرف داروهای ادرار آور مشاهده می شود. جالب اینجاست که pH خون شریانی به طور معمول باید در محدوده 7.37-7.45 و خون وریدی - 7.34-7.43 باشد. میکروارگانیسم های مختلف نیز به اسیدیته محیط بسیار حساس هستند. بنابراین، میکروب های بیماری زا به سرعت در یک محیط کمی قلیایی رشد می کنند، در حالی که نمی توانند در یک محیط اسیدی مقاومت کنند. بنابراین، برای نگهداری (ترشی کردن، نمک زدن) محصولات، به عنوان یک قاعده، از محلول های اسیدی استفاده می شود که سرکه یا اسیدهای غذایی را به آنها اضافه می کنند. انتخاب صحیح pH نیز برای فرآیندهای فناوری شیمیایی اهمیت زیادی دارد.

حفظ مقدار pH مورد نظر و جلوگیری از انحراف محسوس آن در یک جهت یا جهت دیگر با استفاده از محلول های به اصطلاح بافر (از انگلیسی buff - soften shocks) امکان پذیر است. چنین محلول هایی اغلب مخلوطی از اسید ضعیف و نمک آن یا باز ضعیف و نمک آن هستند. چنین محلول هایی در محدوده خاصی (که ظرفیت بافر نامیده می شود)، در برابر تلاش برای تغییر pH مقاومت می کنند. به عنوان مثال، اگر سعی کنید مخلوطی از اسید استیک و استات سدیم را کمی اسیدی کنید، یون های استات یون های H + اضافی را به اسید استیک کمی جدا شده متصل می کنند و pH محلول به سختی تغییر می کند (یون های استات زیادی وجود دارد. در محلول بافر، زیرا آنها در نتیجه تفکیک کامل استات سدیم تشکیل می شوند). از طرف دیگر، اگر مقدار کمی قلیایی وارد چنین محلولی کنید، یون های OH- اضافی با حفظ مقدار pH توسط اسید استیک خنثی می شوند. سایر محلول های بافر نیز به روشی مشابه عمل می کنند و هر یک از آنها مقدار pH خاصی را حفظ می کنند. محلول های نمک اسید فسفریک اسید و اسیدهای آلی ضعیف - اگزالیک، تارتاریک، سیتریک، فتالیک و غیره نیز دارای اثر بافری هستند. مقدار pH ویژه محلول بافر به غلظت اجزای بافر بستگی دارد. بنابراین، بافر استات به شما امکان می دهد PH محلول را در محدوده 3.8-6.3 حفظ کنید. فسفات (مخلوط KH 2 PO 4 و Na 2 HPO 4) - در محدوده 4.8 - 7.0 ، بورات (مخلوط Na 2 B 4 O 7 و NaOH) - در محدوده 9.2-11 و غیره.

بسیاری از مایعات طبیعی خاصیت بافری دارند. یک مثال آب اقیانوس است که خواص بافری آن عمدتاً به دلیل محلول دی اکسید کربن و یون های بی کربنات HCO 3 - است. منبع دوم علاوه بر CO 2، مقادیر زیادی کربنات کلسیم به شکل پوسته، گچ و رسوبات سنگ آهک در اقیانوس است. جالب توجه است که فعالیت فتوسنتزی پلانکتون ها، یکی از تامین کنندگان اصلی اکسیژن جو، منجر به افزایش pH محیط می شود. این امر مطابق با اصل لو شاتلیه در نتیجه تغییر تعادل هنگام جذب دی اکسید کربن محلول اتفاق می افتد: 2H + + CO 3 2 - " H + + HCO 3 - " H 2 CO 3 " H 2 O + CO 2 . هنگامی که CO 2 + H 2 O + hv ® 1 / n (CH 2 O ) n + O 2 از محلول در طول فتوسنتز حذف می شود، تعادل به سمت راست تغییر می کند و محیط قلیایی تر می شود. در سلول های بدن، هیدراتاسیون CO 2 توسط آنزیم کربنیک انیدراز کاتالیز می شود.

مایع سلولی و خون نیز نمونه هایی از محلول های بافر طبیعی هستند. بنابراین، خون حاوی حدود 0.025 مول در لیتر دی اکسید کربن است و میزان آن در مردان تقریباً 5 درصد بیشتر از زنان است. غلظت یون های بی کربنات در خون تقریباً یکسان است (در مردان نیز بیشتر است).

هنگام آزمایش خاک، pH یکی از مهمترین ویژگی ها است. خاک های مختلف می توانند دارای pH از 4.5 تا 10 باشند. مقدار pH، به ویژه، می تواند برای قضاوت در مورد محتوای مواد مغذی خاک، و همچنین اینکه کدام گیاهان می توانند با موفقیت در یک خاک خاص رشد کنند، مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، رشد لوبیا، کاهو و مویز سیاه زمانی که PH خاک زیر 6.0 باشد، مختل می شود. کلم - زیر 5.4؛ درختان سیب - زیر 5.0؛ سیب زمینی - زیر 4.9. خاک های اسیدی عموماً دارای مواد مغذی کمتری هستند زیرا کمتر قادر به حفظ کاتیون های فلزی مورد نیاز گیاهان هستند. به عنوان مثال، یون های هیدروژن که وارد خاک می شوند، یون های Ca 2+ را از خاک جابجا می کنند. و یون های آلومینیوم جابجا شده از سنگ های رسی (آلومینوسیلیکات) در غلظت های بالا برای محصولات کشاورزی سمی هستند.

برای اکسید زدایی خاک های اسیدی، از آهک استفاده می شود - موادی را اضافه می کنند که به تدریج اسید اضافی را متصل می کنند. چنین ماده ای می تواند مواد معدنی طبیعی - گچ، سنگ آهک، دولومیت، و همچنین آهک، سرباره از گیاهان متالورژی باشد. مقدار اکسید زدا به ظرفیت بافر خاک بستگی دارد. به عنوان مثال، خاک رسی آهکی نسبت به خاک شنی به مواد اکسید کننده بیشتری نیاز دارد.

اندازه گیری pH آب باران اهمیت زیادی دارد که به دلیل وجود اسیدهای سولفوریک و نیتریک در آن می تواند کاملا اسیدی باشد. این اسیدها در اتمسفر از اکسیدهای نیتروژن و گوگرد (IV) تشکیل می شوند که با زباله های صنایع متعدد، حمل و نقل، دیگ بخار و نیروگاه های حرارتی ساطع می شوند. مشخص است که باران اسیدی با مقدار pH پایین (کمتر از 5.6) پوشش گیاهی و دنیای زنده آب را از بین می برد. بنابراین، pH آب باران به طور مداوم کنترل می شود.

ایلیا لینسون