РН-ийн утга нь лаборатори болон үйлдвэрлэл, түүнчлэн амьд организм, хүрээлэн буй орчинд явагдаж буй олон химийн болон биологийн өөрчлөлтүүдэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Устөрөгчийн ионы тоо нь аливаа урвалын үр дүнд төдийгүй түүний үүсэх магадлалд нөлөөлдөг. Тогтсон рН-ийн утгыг хадгалахын тулд буфер уусмалыг ашигладаг. Тэдний даалгавар бол уусмалыг шингэлэх эсвэл хүчил, шүлт нэмэх үед энэ түвшинг хадгалах явдал юм.
Усны рН нь янз бүрийн зориулалттай усны чанарыг илтгэх шинж тэмдгүүдийн нэг юм. Байгалийн хувьд ургамлын хөгжил, хүрээлэн буй орчны металл, бетон бүтээцэд түрэмгий байдал нь үүнээс хамаардаг. РН-ийн утга нь гол мөрөн, нуур, цөөрөмд амьдардаг организмын бохирдуулагч бодисын хоруу чанарыг өөрчилдөг гэдгийг санах нь зүйтэй.
PH
Энэ параметр нь уусмал дахь Η+ ионы агуулгыг тодорхойлдог. Үүнийг рН гэж тэмдэглэнэ. Математикийн хувьд рН нь Η+ (CH+, концентрацийн аравтын бутархай логарифмтай тэнцүү байна.мοл/л): рΗ=−lgCH+. Усан дахь H+ ионы тоог H2O молекулуудын диссоциациар тодорхойлно: H2O H ++ OH-.
Усыг ихэвчлэн электролит гэж нэрлэдэггүй ч энэ нь бага диссоциацтай бодис юм. Үүний тулд та диссоциацийн тогтмолыг бичиж болно: Кd=(СН+·СOH-)/ CH2O. t=22 °C-т түүний утга 1.8ˑ10-16 байна.
Энэ үзүүлэлт маш бага тул усан дахь Η+ болон OH- ионуудыг үл тоомсорлож болно. Гэхдээ уусмалын химийн хувьд рН-ийн утгыг рН хуваарийг бий болгоход ашигладаг. Үүний утгыг анхаарч үзээрэй.
PH масштаб
Үүнийг уусмалын хүчиллэгийг хэмжихэд ашиглаж болно.
| R утга | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| Орчны чанар | исгэлэн | төвийг сахисан | шүлтлэг |
Орчны рН-ийг тооцоолоход хялбар. Та устөрөгчийн катионуудын концентрацийг мэдэж, томъёог ашиглах хэрэгтэй: Cn+=10 , энд n нь эсрэг тэмдэгтэй рН-ийн утга юм. Жишээлбэл, уусмал дахь H+ концентраци нь CH+=10–5 mοl/l байна.. Энэ нь n=-5, рН=5.
Зарим медиа болон шийдлүүдийн PH утгууд
Хүний орчин дахь бүх зүйл өөрийн гэсэн рН-ийн утгатай байдаг. Энэ болбиеийн янз бүрийн системд даалгавраа амархан даван туулахад тусалдаг. Цэвэр төвийг сахисан усны хувьд рН нь 7. Гэсэн хэдий ч хүний арьс бага зэрэг хүчиллэг урвалтай байдаг. Тэдний рН=5, 5. Хэсэгчлэн энэ баримт нь устай байнга харьцдаг хуурай арьсны харагдах байдалд нөлөөлдөг. Зарим бодисын рН-ийн утгыг доор харуулав.
| Бодис | pΗ |
| Батерейны электролит | <1.0 |
| Ходоодны шүүс | 1, 0-2, 0 |
| Нимбэгний шүүс | 2, 0 |
| Ширээний цуу | 2, 4 |
| Кола | 3, 0 |
| Алимны шүүс | 3, 0 |
| Кофе | 5, 0 |
| Шампунь | 5, 5 |
| Хар цай | 5, 5 |
| Хүний арьс | 5, 5 |
| Хүчиллэг бороо | <5, 6 |
| Шүлс | 6, 5 |
| Сүү | 6, 7 |
| Vοda | 7, 0 |
| Цус | 7, 36 |
| Морская вода | 8, 0 |
| Хатуу саван | 9, 5 |
| Цайруулагч (цайруулагч) | 12, 5 |
Шийдлийн төрлүүд
Дээр дурдсанчлан усан уусмал нь төвийг сахисан, хүчиллэг эсвэл шүлтлэг урвалын орчинтой байж болно. Уусмалын хүчиллэг байдал нь H+ ион, шүлтлэг нь OH- ионуудаас шалтгаална гэдэг нь тийм биш юм.бусдыг агуулаагүй гэсэн үг. Хүчиллэг орчинд устөрөгчийн ионы илүүдэл, шүлтлэг орчинд гидроксидын ион илүүдэл байгааг илрүүлэх боломжтой.
Төвийг сахисан уусмалд рН-ийн утга 7 байна. Энэ нь тэдгээрийн доторх H+ катионуудын концентраци 10–7 байна гэсэн үг. mοl/l, гэхдээ үүний зэрэгцээ гидроксидын анионуудын агууламж мөн 10–7 мοл/л байна. Өөрөөр хэлбэл, төвийг сахисан уусмалд Η+ эсвэл OΗ- ионуудын илүүдэл байхгүй.
Усны ион бүтээгдэхүүн
РН яагаад 1-ээс 14-ийн хооронд байж болох вэ? Энэ асуултад хариулахын тулд диссоциацийн тогтмол байдлын илэрхийлэл рүү буцах нь зүйтэй. Үүнийг өөрчилснөөр бид Kd·СН2О=СН+·С гэж бичиж болно. Өө-. Kd утга нь мэдэгдэж байгаа бөгөөд усны молекулуудын концентрацийг хялбархан тооцоолж болно. Усыг H2O-ийн H2O дахь уусмал гэж үзвэл 18 г H харьцаагаар түүний молийн концентрацийг мэдэж болно. 2 O - 1 моль, 1000 гр N2O - x мοl. Эндээс x=1000/18=55, 6 мл/л байна. Энэ тогтмолыг Kw гэж тэмдэглэсэн ба усны ионы бүтээгдэхүүн гэж нэрлэдэг.
Дараа нь Кd-ийн утгыг олсон утгаар үржүүлнэ: 55, 6 1, 8ˑ10–16=СΗ+ СОΗ–; 10–14=СΗ+·СОΗ–. Энэ нь бид бичиж болно: Kw=СΗ+ СОΗ–=10–14.
Энэ утга нь дээрх асуултын хариулт болох pΗ + pOΗ=14 гэсэн дүгнэлтэд хүргэсэн.
Хүчиллэг орчин
Бүх хүчтэй хүчилусанд эргэлт буцалтгүй задрах. Тиймээс давсны хүчил Η+ катионууд болон хлоридын анионууд Cl- болж бүрэн задардаг: ΗCl=Η++ Cl-. Хэрэв 1ˑ10-2 mοl ΗCl 1 литр усанд нэмбэл Η+ ионы концентраци мөн 1-тэй тэнцүү байна.. 10-2 моль. Өөрөөр хэлбэл, ийм уусмалын хувьд рН нь 2 байна.
Сул хүчлүүд урвуу байдлаар хуваагддаг, өөрөөр хэлбэл усных шиг эсрэг цэнэгтэй ионуудын зарим нь хүчлийн молекулууд болж дахин нэгддэг. Жишээлбэл, нүүрстөрөгчийн хүчил нь дараах ионуудад задардаг: 3-. Зөвхөн бүх молекулууд салдаггүй, харин дахин задарсан нь нэг бүхэл болдог. Тиймээс хүчлүүдийн рН-ийг олохын тулд диссоциацийн тогтмолыг ашиглана.
Үүнээс гадна уусмалын рН-ээс хүчлийн хүчийг шууд бусаар тооцоолж болно: их байх тусам pΗ утга бага байна.
Шүлтлэг орчин
Суурийг усанд уусгах үед тэдгээрийн диссоциаци нь гидроксидын анион үүсэхээс эхэлдэг. Тэд төвийг сахисан цэвэр усанд агуулагдах H + ионуудтай харилцан үйлчилдэг. Энэ нь тэдний концентрацийг бууруулж, өөрөөр хэлбэл рН-ийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.
Жишээ нь: NaOΗ=Na++ OΗ-; Η++ OΗ-=Η2O.
1ˑ10-2 мοл/л концентрацтай натрийн гидроксидын уусмалд 1ˑ10-2 илэрнэ.мοл/л гидроксидын анионууд. Ийм уусмал дахь Η+ катионуудын концентраци 1ˑ10-12 мοл/л-тэй тэнцүү байх ба pΗ нь 12 утгатай байна.
Суурийн бүх уусмалд H+ катионуудын тоо үргэлж 1ˑ10-7 мοл/л-ээс бага байдаг ба рН-ийн утга 7-оос их байна.
РН-ийн үзүүлэлтийг тодорхойлох
Уусмалын рН-ийг ойролцоогоор тодорхойлох хамгийн хялбар аргуудын нэг бол бүх нийтийн индикатор туузыг ашиглах явдал юм. Тэдний өнгийг ажлын уусмалд дүрсний дараа гарч ирдэг индикаторын масштабтай харьцуулж үзэхэд Η+ ионы концентрацийг тооцоолох боломжтой. Бүх нийтийн индикатор нь хүчиллэгийг бууруулж улаанаас нил ягаан (солонго шиг) болж өнгө дараалан өөрчлөгддөг хэд хэдэн бодисын холимог юм.
Энэ аргын гол сул тал нь өнгөт эсвэл үүлэрхэг уусмал дахь рН-ийг тодорхойлох боломжгүй, түүнчлэн уусмал дахь Η+ ионы концентрацийг зөвхөн ойролцоогоор тооцоолох явдал юм..
Орчны рН-ийг илүү бүдүүлэг тодорхойлохын тулд янз бүрийн үзүүлэлтүүдийг ашигладаг. Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг лакмус, метил жүрж, фенолфталеин болон бусад. Тэдний өнгийг өөрчилснөөр та судалж буй найрлага нь хүчиллэг, шүлтлэг эсвэл төвийг сахисан эсэхийг мэдэх боломжтой.
| Заагч | pΗ<7 | pΗ=7 | pΗ>7 |
| Литмус | улаан | ягаан | цэнхэр |
| Фенолфталеин | өнгөгүй | өнгөгүй | бөөрөлзгөнө |
| Метил жүрж | ягаан | улбар шар | шар |
РН-ийг багажаар хэмжих
Η+ ионы концентрацийн илүү нарийвчлалтай утгыг, улмаар уусмалын рН-ийг рН тоолуур ашиглан олж болно. Шинжилгээний энэ аргыг потенциометр гэж нэрлэдэг. Энэ нь электродын потенциалыг хэмжих, түүний утга ба туршилтын уусмал дахь бүрэлдэхүүн хэсгийн концентрацийн хоорондын хамаарлыг тодорхойлоход суурилдаг. Металл уусмалын интерфейс дээр явагдаж буй цахилгаан химийн процессын улмаас электродын потенциал үүсдэг.
Хэмжилт хийхийн тулд гальваник элементийг электродтой хоёр хагас эсээс бүрдүүлдэг бөгөөд тэдгээрийн аль нэгнийх нь потенциалыг урьдчилан мэддэг. Дараа нь EMF хэмжинэ. Ихэнх тохиолдолд усан уусмал дахь рН-ийг тодорхойлохдоо мөнгөн хлорид ба шилэн электрод ашиглан хийдэг. Эхнийх нь лавлагаа электрод юм. Хоёр дахь потенциалын утга нь уусмал дахь Η+ ионуудын концентрацаас хамаарна.
Мөн лабораторид рН-ийн утгыг колориметрээр тодорхойлдог. Энэ арга нь устөрөгчийн катионуудын агууламжаас хамааран хоёр өнгийн индикаторуудын өнгө, өнгөний эрчмийг өөрчлөх чадварт суурилдаг. Уусмал дахь өнгө нь мэдэгдэж буй рН-ийн утга бүхий уусмалын мэдээлэлд үндэслэн боловсруулсан стандарт хуваарьтай харьцуулагдана.
РН-ийг хэмжих шалтгаан
Тэд:
1. Үйлдвэрлэлийн хувьдхүссэн шинж чанартай бүтээгдэхүүн. Үйлдвэрлэлийн явцад процессын рН-ийн утгаас хазайх нь бүтээгдэхүүний шинж чанарыг өөрчлөхөд хүргэдэг эмгэгийг өдөөж болно. Эдгээр үзүүлэлтүүд нь амт эсвэл гадаад төрх байж болно.
2. Зардлаа бууруулахын тулд. Зарим үйлдвэрүүдэд бүтээгдэхүүний гарц нь урвалын орчны рН-ээс шууд болон шууд бусаар хамаардаг. Үүний дагуу урвалын бүтээгдэхүүний гарц өндөр байх тусам түүний өртөг бага байх болно.
3. Хөдөлмөр хамгаалал эсвэл хүрээлэн буй орчны зорилгоор. Олон нэгдэл нь зөвхөн тодорхой рН-д хортой шинж чанараа харуулдаг тул түүний үнэ цэнийг хянах нь маш чухал юм.
4. Бүтээгдэхүүний стандартыг хангах. Бараа, бүтээгдэхүүн, эм гэх мэт чанарыг стандартчилдаг олон зохицуулалтын баримт бичигт тэдгээрийн дагаж мөрдөх ёстой шалгуур үзүүлэлтүүдийн жагсаалт байдаг. Тэдний нэг нь рН юм. Тиймээс түүний тодорхойлолт нь хүн амыг хорт бодисоос хамгаалахад тодорхой хэмжээгээр хувь нэмэр оруулж байгаа юм.
5. Тоног төхөөрөмжийг хамгаалахын тулд. Химийн бодисуудтай харьцдаг ихэнх үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмж зэврэлтэнд өртөмтгий байдаг. Түүний хөгжлийн хурд нь рН-ийн утгаас ихээхэн хамаардаг. Өөрөөр хэлбэл, рН хэмжилт нь үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмжийг шаардлагагүй гэмтлээс хамгаалахад чухал үүрэгтэй.
6. Судалгааны зорилгоор. РН-ийн түвшин нь янз бүрийн биохимийн процессуудыг судлахад чухал ач холбогдолтой. Мөн тодорхой оношийг батлахын тулд үүнийг эмнэлгийн зорилгоор хэмждэг.
рН-ийн математик тодорхойлолт
Төлбөр тооцооны хувьдУусмалын рН-ийг тодорхойлохын тулд Η+ эсвэл OΗ--анионы молийн концентрацийн мэдээлэл шаардлагатай. Хэрэв тэдгээр нь мэдэгдэж байгаа бол та нэн даруй томъёоны аль нэгийг ашиглаж болно:
- pΗ=- lg[Η+].
- rОΗ=-lg[OΗ-].
- pΗ + pOΗ=14.
Электролитийн уусмал дахь моль/л-ийн ионы концентрацийг тэгшитгэлээр олоход хялбар:
Cm ион=Сmˑαˑ⋅n, энд:
Сm ион ба Сm – ион ба электролитийн молийн концентраци (моль/л).
α - диссоциацийн зэрэг.
n - зөвхөн нэг электролитийн молекул задрах явцад үүссэн тухайн төрлийн ионы тоо.
Сул электролитийн диссоциацийн зэргийг Оствальд шингэрүүлэлтийн хуулиар тодорхойлж болно: α=√(Kd/Cm).
Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ
1. 0.001N NaOH уусмалын рН-ийг тооцоолох шаардлагатай.
Уусмал: Натрийн гидроксид нь хүчтэй электролит тул усан уусмал дахь диссоциац нь эргэлт буцалтгүй юм. Энэ нь тэгшитгэлийн дагуу явагдана: NaOΗ → Na + OΗ.
Cm ion=Cmˑαˑn томьёог ашиглана уу. Бид диссоциацийн зэргийг 1-тэй тэнцүү авна. Нэг NaOH молекул устахад нэг OH- ион үүсэх ба энэ нь n=1 гэсэн үг юм. Cm асуудлын нөхцөлийн дагуу мэдэгдэж байгаа бөгөөд 0, 001 эсвэл 10-3-тай тэнцүү. Тиймээс COH−=10-3ˑ1ˑ1=10-3.
Η+ ионы концентрацийгхамаарлаас тодорхойлж болно=10–14. Томьёог хөрвүүлснээр бид –14/10-3=10–11 авна. Дараа нь бид рН-ийг тооцоолж болно: pΗ=-lg10-11=11.
Хариулт: pH=11.
2. Өгөгдсөн уусмал дахь pH=4, 3 бол [Η+] ба [OH-]-ийг тооцоолох шаардлагатай.
Шийдэл: Хамгийн хялбар арга бол эхлээд устөрөгчийн катионуудын концентрацийг олох явдал юм: [Η+]=10-рΗ=10 -4, 3=5ˑ10-5 мοл/л.
Гидоксидын анионуудын концентрацийг усны ионы бүтээгдэхүүний харьцаанаас олоход тохиромжтой: Η+=10–14/5ˑ10 -5=2ˑ10–10 mοl /l.
Хариулт: 5ˑ10-5 мοл/л ба 2ˑ10–10 мοл/л.
