Водородный показатель.

На практике использование концентрации водородных ионов [H⁺] для характеристики cреды не очень удобно. Поэтому для этой цели используют отрицательный десятичный логарифм активности (концентрации) водородных ионов, называемый водородным показателем рН среды:

рН = – lg a(H⁺) или рН = –lg[H⁺]

Аналогично гидроксильный показатель рОН = – lg a(OH^- ) или рОН = – lg[OH^- ]

Например, если [H⁺] = 10^{- 2} моль/л (кислая среда), то рН = 2, а когда [H⁺] =10^-9 моль/л (щелочная среда), то рН = 9. В нейтральной среде [H⁺] = 10^-7 моль/л и рН = 7. Из этих примеров следует, что:

если рН = 7, то это нейтральная среда;

если рН < 7, то это кислая среда;

если рН > 7, то это щелочная среда.

Логарифмируя выражение [H⁺][OH^-] = 10^–14 и проведя математические преобразования, получаем: рН + рОН = 14.

Шкала [Н⁺] и рН

Расчет рН растворов сильных и слабых электролитов

1. Для растворов сильных кислот и оснований:

а) H₂SO₄ ®2H⁺ + , [H⁺] = C_H (к-ты)f_a,

где С_Н – молярная концентрация эквивалента, f_a – коэффициент активности;

для разбавленных растворов f_a »1.

рН = – lg[H⁺] = – lg C_H (к-ты) f_a.

б) Ва(ОН)₂ ® Ва²⁺ + 2ОН^–, [ОН^–] = C_H (осн.) f_a

рОН = – lg[ОН^–] = – lg C_H (осн.) f_a

рН = 14 – рОН

2. Для растворов слабых кислот и оснований:

а) СН₃СООН ⇄СН₃СОО^– + Н⁺, [H⁺] = C_H (к-ты)×a,

где C_H (к-ты)×a – количество продиссоциированных молекул слабой

кислоты

рН = – lg[H⁺] = – lgC_H (к-ты)×a.

б) NH₄OH ⇄ + OH^–, [OH^–] = C_H (осн.)×a,

где C_H (осн.)×a – количество продиссоциированных молекул слабого

основания

рОН = – lg[ОН^–] = – lg C_H (осн.) ×a

рН = 14 – рОН.

Роль ионов водорода в биологических процессах

Биологические жидкости содержат сильные и слабые кислоты: HCl, H₂CO₃, пировиноградную, молочную кислоты и другие.

Различают три вида кислотности в биологических жидкостях:

1. Общая кислотность – это общая концентрация сильных и слабых кислот. Общую кислотность обычно определяют методом кислотно-основного титрования.

2. Активная кислотность равна активности (концентрации) свободных ионов водорода в растворе. Мерой активной кислотности служит значение рН раствора.

3. Потенциальная кислотность равна концентрации непродиссоциированных молекул слабых кислот и рассчитывается по разности значений общей и активной кислотностей.

Любая биологическая жидкость в норме имеет определенное значение активной кислотности, т.е. рН.

Таблица 1.

Интервал значений рН важнейших биологических жидкостей.

Желудочный сок	0,9 – 2,0
Моча	5,0 – 8,0
Слюна	5,6 – 7,9
Плазма крови	7,36 – 7,44
Слезная жидкость	7,6 – 7,8
Сок поджелудочной железы	8,6 – 9,0

Целый ряд патологических процессов, протекающих в организме, может приводить к изменению рН некоторых биологических жидкостей. Поэтому определение рН биологических жидкостей (желудочный сок, моча и др) используются при диагностике и контроле за эффективностью терапии.

Определение реакции среды и знание концентрации ионов Н⁺ в биожидкостях часто является необходимым в биохимических исследованиях (исследование активности ферментов).

Определение водородного показателя

Колориметрическое определение рН основано на изменении цвета кислотно-основных индикаторов, окраска которых зависит от рН среды. Индикаторы могут быть одноцветными, имеющими окраску только в щелочной среде, а в кислой среде – бесцветные (фенолфталеин, нитрофенолы), и двухцветными, имеющими различную окраску в кислой и щелочной средах (метилоранж, феноловый красный и др.).

Каждый индикатор характеризуется показателем титрования и интервалом (зоной) перехода окраски.

Показатель титрования рТ – это значение рН в пределах интервала перехода окраски, при котором наблюдается наиболее резкое изменение цвета индикатора.

Интервалом перехода окраски индикатора называется интервал значений рН (DрН), в пределах которого происходит различимое глазом изменение окраски индикатора. Граница интервала перехода приблизительно равна рТ_{индикатора} ± 1. При определении рН раствора можно использовать только тот индикатор, в интервал перехода окраски которого входит рН исследуемого раствора.

Таблица 2

Кислотно-основные индикаторы

Индикатор	рТинд.	Интервал перехода окраски
окраска I	DрН	окраска II
Метиловый оранжевый	3,7	красная	3,1–4,4	желтая
Метиловый красный	5,7	красная	4,2–6,3	желтая
Лакмус	7,0	красная	5,0–8,0	синяя
Фенолфталеин	9,2	бесцветная	8,2–10,0	малиновая

Обычно вначале определяют приблизительное значение рН с помощью универсального индикатора. Универсальный индикатор – это смесь нескольких индикаторов с различными, но примыкающими друг к другу интервалами перехода окраски, охватывающими шкалу рН от 1 до 14, причем эта смесь индикаторов имеет определенную окраску при тех или иных значениях рН. Универсальная индикаторная бумага – это фильтровальная бумага, пропитанная универсальным индикатором. К ней прилагается цветная шкала со значениями рН для каждой окраски. Точность определения не превышает 0,5 ед. рН. По приблизительному значению рН подбирают индикатор для более точного определения.

Потенциометрическое (ионометрическое) определение рН основано на измерении электродвижущей силы (ЭДС) гальванической цепи, составленной из индикаторного полуэлемента (электрода определения), потенциал которого зависит от рН среды (стеклянный, водородный, хингидронный) и электрода сравнения (хлорсеребряного, каломельного), имеющего постоянный потенциал. Измерительная шкала иономера (рН-метра) градуирована как в милливольтах, так и в ед. рН. Точность определения до 0,01 ед. рН. Можно использовать для определения рН мутных и окрашенных жидкостей.

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ

1. Теория растворов слабых электролитов. Основные характеристики слабого электролита a, К_Д, рК.

2. Теория растворов сильных электролитов. Основные характеристики сильного электролита а, f_a, I.

3. Протолитическая (протонная) теория кислот и оснований.

4. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН.

5. Расчет рН растворов сильных и слабых кислот и оснований.

6. Определение водородного показателя.

7. Роль ионов водорода в биологических процессах.

Дата добавления: 2015-07-11