Водородный показатель (рН) величина, характеризующая активность или концентрацию ионов водорода в растворах. Водородный показатель обозначается рН.
Водородный показатель численно равен отрицательному десятичному логарифму активности или концентрации ионов водорода, выраженной в молях на литр:
pH=-lg[ H+ ]
В воде концентрация ионов водорода определяется электролитической диссоциацией воды по уравнению
H2O=H++OH-
Константа диссоциации при 22° С составляет
Пренебрегая незначительной долей распавшихся молекул, можно концентрацию недиссоциированной части воды принять равной обшей концентрации воды, которая составляет: С[H2O ]=1000/18=55,55моль/л.
Тогда: C[ H+ ] ·C[ OH- ]=K·C[H2O]=1,8·10-16·55,55=10-14
Для воды и ее растворов произведение концентраций ионов Н+ и ОН- величина постоянная при данной температуре. Она называется ионным произведением воды КВ и при 25° С составляет 10-14.
Постоянство ионного произведения воды дает возможность вычислить концентрацию ионов H+если известна концентрация ионов OH-
и наоборот : .
Понятия кислая, нейтральная и щелочная среда приобретают количественный смысл.
В случае, если [ H+ ] =[ OH- ]эти концентрации (каждая из них) равны моль/л, т.е [ H+ ] =[ OH- ]=10-7моль/л и среда нейтральная, в этих растворах
pH=-lg[ H+ ]=7 и рОН=-lg[ OH-]=7
Если [ H+ ]>10-7моль/л, [ OH-]<10-7моль/л -среда кислая; рН<7.
Если [ H+ ]<10-7 моль/л, [ OH-]>10-7моль/л -среда щелочная; рН>7.
В любом водном растворе рН + рОН =14, где рОН=-lg[ OH-]
Величина рН имеет большое значение для биохимических процессов, для различных производственных процессов, при изучении свойств природных вод и возможности их применения и т.д.
Буферные растворы (синоним: буферные смеси, буферные системы, буферы) — растворы с определенной концентрацией водородных ионов, содержащие сопряженную кислотно-основную пару, обеспечивающую устойчивость величины их водородного показателя при незначительных изменениях концентрации либо при добавлении небольшого количества кислоты или щелочи.
Кислотно-основная пара Б. р. представляет собой слабую кислоту и ее соль, образованную сильным основанием (например, уксусная кислота СН3СООН и ацетат натрия CH3COONa) или слабое основание и его соль, образованную сильной кислотой (например, гидроокись аммония NH4OH и хлористый аммоний NH4CI). При разведении раствора или добавлении к нему некоторого количества кислоты или щелочи кислотно-основная пара способна соответственно быть донором либо акцептором водородных ионов, поддерживая т.о. величину водородного показателя на относительно постоянном уровне.
Буферные растворы сохраняют устойчивость буферных свойств в определенном интервале значений рН, то есть обладают определенной буферной емкостью. За единицу буферной емкости условно принимают емкость такого буферного раствора, для изменения рН которого на единицу требуется добавить 1 моль сильной кислоты или сильной щелочи на 1 л раствора.
Буферная емкость находится в прямой зависимости от концентрации Б. р.: чем концентрированнее раствор, тем больше его буферная емкость; разведение Б. р. сильно уменьшает буферную емкость и лишь незначительно изменяет рН.
В лабораторной практике Б. р. используют в тех случаях, когда то или иное исследование может быть проведено лишь при постоянном значении рН (например, определение активности ферментов, изучение кинетики ферментативных реакций).
Буферные растворы широко используют в различных химических исследованиях.
Буферные растворы имеют большое значение для протекания процессов в живых организмах. Например, в крови постоянство водородного показателя рН поддерживается буферными смесями, состоящими из карбонатов и фосфатов. Известно большое число буферных растворов (ацетатно-аммиачный буферный раствор, фосфатный буферный раствор, боратный буферный раствор, формиатный буферный раствор и др.).
Значение pH буферного раствора можно рассчитать по формуле: ,pK где это отрицательный десятичный логарифм от константы диссоциации кислоты HA .
По сути .