2.4. Водородный показатель рН

Вода очень слабый электролит, в незначительной степени диссоциирует: Н₂О ↔ Н⁺ + ОН^, константа диссоциации выражается:

(2.3)

При 25 °С в любом водном растворе С_Н⁺  С_ОН^ = 10^-14 эту величину называют ионным произведением воды и обозначают К_w.

В нейтральной среде С_Н⁺ = С _ОН^- =10^-7(моль/л).

В кислой среде С_Н⁺ > С _ОН^-.

В щелочной среде С_Н⁺ < С _ОН^-.

Логарифмическая шкала и водородный показатель рН

Числа можно представлять при помощи различных шкал.

В нормальном числовом ряду промежутки между числами одинаковы. Например, в этом числовом ряду промежутки между 10 и 20 такие же, как между 20 и 30.

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

В логарифмической шкале поддерживаются одинаковые расстояния между 1 и 10; 10 и 100 и так далее (т.е. числа увеличиваются в 10 раз).

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000

10^-5 10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 10⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵

Логарифмическая шкала используется для выражения концентрации водородных ионов (водородного показателя рН), для упрощения числового представления очень маленьких величин.

10^-5 10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 10⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵

5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5

водородный показатель рН.

Реакцию среды оценивают с помощью водородного показателя рН, котрый определяется как отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов или математически:

рН = - lg C_H⁺. (2.4)

В нейтральной среде C_H⁺ = C _ОH^ = 10^7 моль/л, рН = - lg10^7 = 7.

В кислой среде C_H⁺ от 10^7 до 10^1 моль/л, рН от 7 до 1, рН  7.

В щелочной среде C_H⁺ от 10^7 до 10^14 моль/л, рН от 7 до 14, рН  7.

Для выражения концентрации ионов гидроксида используют уравнение

рОН = - lg C_ОН^. (2.5)

Так как произведение концентрации ионов водорода на ионы гидроксида есть величина постоянная: С_Н⁺  С_ОН^ = 10^-14, то формулы (2.4 и 2.5) можно представить так:

рН + рОН = 14. (2.6)

Расчеты значений рН и рОн для сильных кислот и оснований Примеры, в которых концентрация выражена в стандартной форме

Какое значение рН у раствора азотной кислоты с концентрацией 0,001 моль/л ?

HNO₃ – сильная кислота.

Таким образом,

[H⁺] = [НNO₃] = 0,001;

pH = -lg [H⁺] = -lg 10^-3;

pH = 3

Определите значение рН для раствора гидроксида калия с концентрацией 0,001 моль/л ?

КOH – сильное основание.

Таким образом,

[ОH^] = [КOH] = 0,001;

pОH = -lg [ОH^] = -lg 10^-3;

pОH = 3, рН = 14 – 3 = 11

Примеры расчета рН для одноосновных кислот и однокислотных оснований

Какое значение рН у раствора соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/л?

НСl – сильная кислота, следовательно, она полностью распадается в растворе на ионы.

Таким образом,

[H⁺] = [НСl] = 0,1;

pH = -lg [H⁺] = -lg 10^-1;

pH = 1

Определите значение рН у раствора гидроксида натрия с концентрацией 0,1 моль/л?

NaOH – сильное основание, следовательно, оно полностью распадается в растворе на ионы. Таким образом,

[ОH^] = [NaOH] = 0,1;

pОH = -lg [ОH^] = -lg 10^-1;

pОH = 1; рН = 14 – 1 = 13