Залежність між концентрацією водневих йонів і рН середовища

[H3О+]	100	10–1	10–2	10–3	10–4	10–5	10–6	10–7	10–8	10–9	10–10	10–11	10–12	10–13	10–14
рH	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Середовище	кисле				слабкокисле			нейтральне	слабколужне			лужне

У біологічних, медичних, клінічних дослідженнях необхідно чітко розрізняти загальну, потенційну та активну кислотність:

а) загальна, або аналітична, кислотність відповідає загальній концентрації кислоти;

б) активна кислотність відповідає концентрації вільних гідратованих гідроген-йонів;

в) потенційна кислотність відповідає концентрації нейонізованих молекул кислоти і може бути вирахувана, як різниця між загальною і активною кислотністю.

Концентрація гідроген-йонів в розчині слабкої кислоти набагато менша за загальну концентрацію кислоти, оскільки більшість молекул слабкої кислоти перебуває у недисоційованому стані:

СН3СООН+Н2О ⇄ СН3СОО–+Н3О+
потенційна	активна
загальна кислотність

Поряд з розчинами слабких кислот у рідинах слабких основ розрізняють загальну, активну та потенційну лужність.

У випадку розчинів сильних кислот (основ) внаслідок повної йонізації молекул активна кислотність (лужність) дорівнює загальній.

Але для деяких біологічних рідин, наприклад, шлункового соку, який представлений кислотами різної сили, при визначенні активної кислотності (вимірюванням рН) і загальної кислотності (титруванням) результати будуть неоднакові. Навіть однакові концентрації кислот чи основ мають різну активну кислотність (основність). Так, 0,1 М розчини хлоридної і ацетатної кислот, маючи однакову загальну кислотність, водночас мають різні значення рН (для HCl рН = 1,02, для СН₃СООН рН = 2,89).

Один з давніх способів визначення рН ґрунтується на властивості деяких речовин, що називаються індикаторами, змінювати своє забарвлення залежно від ступеня активної кислотності або лужності.

Кожен індикатор характеризується інтервалом переходу забарвлення. Інтервал переходу забарвлення індикатора – зона між двома значеннями рН, в якій відбувається помітна для ока зміна кольору індикатора. Так, фенолфталеїн змінює своє забарвлення від безбарвного до малинового в межах рН 8,0-9,6, метиловий оранжевий – у межах 3,1-4,4. Метод визначення концентрації гідроген-йонів або гідроксид-йонів, що ґрунтується на зміні забарвлення індикаторів, називають колориметричним (від. лат. color – колір і грецьк. metrio – виміряю, визначаю). Застосовують і універсальні індикатори, за зміною забарвлення яких одразу визначають рН середовища. Універсальні індикатори – це суміші звичайних індикаторів. Наприклад, для приготування універсального індикатора, що змінює забарвлення в межах рН від 2 до 10, використовують суміш диметиламіноазобензолу, бромтимолового синього, метилового червоного, фенолфталеїну і тимолфталеїну. Звичайні й універсальні індикатори можуть використовуватися у вигляді розчинів або у вигляді індикаторних папірців.

Теоретичною основою застосування колориметричного методу є закон Ламберта-Бера (1760): для двох розчинів, однаково поглинаючих світло, добуток їх концентрації С на товщину шару розчину h є величиною сталою:

C₁h₁ = C₂h₂ = const. (8)

Із цього закону випливає, що при рівному поглинанні світла двома розчинами, із яких концентрація одного відома (стандартного), концентрація другого розчину буде такою ж.

При колориметричному методі визначення рН користуються приладом Міхаеліса. Прилад містить набір запаяних пробірок – еталонів з відповідним забарвленням розчинів з відомими значеннями рН. До приладу додається набір індикаторів, якими можна визначати рН досліджуваних розчинів. У пробірку наливають досліджуваний розчин і вносять вибраний індикатор. Після цього пробірку поміщають у компаратор і за інтенсивністю забарвлення підбирають відповідний еталон.

Рис. 1. pН-метр.

Точнішим є електрометричний метод визначення рН, в основі якого лежить вимірювання електрорушійної сили (е.р.с.), яка виникає в результаті різниці потенціалів двох електродів – індикаторного і електрода порівняння (стандартного). Потенціал індикаторного електрода залежить від концентрації [Н₃О⁺] у досліджуваному розчині. Для визначення рН використовують спеціальні потенціометри і рН-метри (рис. 1).

Водневий показник (рН) використовують при біохімічних дослідженнях, а також у клінічній практиці для характеристики кислотно-основних властивостей різних біологічних середовищ.

Таблиця 1