Водородный показатель pH
Наверняка, многие слышали о таком показателе, как pH. Например, в некоторых рекламах средств гигиены рекламодатель обращает внимание потенциального покупателя на то, что его продукт (крем, мыло и проч.) обладает нейтральным показателем pH.
Что же это за "зверь" такой pH, и что он обозначает?
pH - это водородный показатель вещества, отражающий его кислотность через отрицательный логарифм концентрации ионов гидроксония.
pH = -lg[H3O+]
Согласитесь, звучит "заумно" и мало понятно для рядового обывателя. Попробуем "разжевать", приведенное выше, определение pH.
Кислотность любого раствора, как правило, выражется через концентрацию ионов гидроксония [H3O+] (чем кислее раствор, тем больше ионов гидроксония в нем содержится).
Но, поскольку, концентрация ионов гидроксония для большинства растворов в абсолютном значении невелика, и выражается через число с отрицательным показателем степени (например, 1,5·10-5), то для удобства договорились выражать кислотность через логарифм.
На странице "Кислотно-основные реакции" была рассмотрена константа диссоциации воды:
Kw=[H3O+][OH-]=1,0·10-14 [H3O+]=[OH-]=1,0·10-7
Чистая вода содержит [H3O+]=1,0·10-7. Тогда pH для чистой воды будет равен:
pH = -lg[1,0·10-7] pH = -[-7] = 7
Здесь, наверное, самое время немного отвлечься от химии, и вспомнить математику, напомнив определение логарифма.
Логарифм — это показатель степени, в которую надо возвести основание, чтобы получить подлогарифмическое выражение (число, стоящее под знаком логарифма): logab=c; b=ac
Поскольку в случае с pH мы оперируем с десятичным логарифмом (степень=10), то:
log10b=c lgb=c lg[1,0·10-7]=-7
Поскольку, чистая вода является нейтральным раствором (не является ни кислотой, ни основанием), то pH=7 принято считать нейтральным показателем.
Раствор с pH<7 (концентрация [H3O+] больше, чем у чистой воды) называется кислым.
Раствор с pH>7 (концентрация [H3O+] меньше, чем у чистой воды) называется щелочным.
Зная pH, можно определить концентрацию ионов гидроксония. Это делается при помощи обратнологарифмического отношения:
[H3O+] = 10-pH
Примеры pH для некоторых веществ:
- pH=11 - нашатырный спирт;
- 9,5 - хлорная известь;
- 8,0 - морская вода;
- 7,3 - кровь человека;
- 7,0 - чистая вода
- 6,5 - молоко;
- 5,5 - черный кофе;
- 2,8 - уксус;
- 2,3 - сок лимона;
- 1,5 - желудочный сок человека.
Наверное, немногие знают, что значение pH может быть отрицательным (например, десятимольный раствор соляной кислоты будет иметь показатель pH=-1). Но, для подавляющего числа слабых кислот и оснований и разбавленных растворов сильных кислот и оснований значение pH лежит в пределах 0-14.
Еще одним показателем кислотности раствора является показатель pOH - отрицательный логарифм гидроксильных ионов [OH-]. Пользуются этим показателем гораздо реже.
Между собой показатели связаны следующим образом:
14 = pH + pOH
Индикаторы для определения pH:
- лакмус:
- pH<5 - красный;
- pH=5..8 - фиолетовый;
- pH>8 - синий.
- метилоранж:
- pH<3,1 - красный;
- pH=3,1..4,4 - оранжевый;
- pH>4,4 - желтый.
- фенолфталеин:
- pH<8,2 - бесцветный;
- pH=8,2..10 - розовый;
- pH>10 - малиновый.
См. далее: Диссоциация воды...
