5. Водородный и гидроксильный показатели

(рН и рОН)

Для удобства оценки характера водной среды используют безразмерную величину – водородный показатель рН (читается "пэ-аш")^**.

Водородный показатель – это количественная характеристика кислотности среды, равная отрицательному десятичному лога­рифму концентрации ионов водорода в растворе:

рН = –lg[H⁺]. (5.3)

Иногда для характеристики водной среды наряду с водород­ным используют гидроксильный показатель рОН:

рОН = –lg[ОН^–]. (5.2)

В любом водном растворе [Н⁺][ОН^–] = 1,0 · 10^–14 (при 22 °С).

Ло­гарифмируя это выражение, получаем:

lg[Н⁺] + lg[ОН^–] = –14 или рН + рОН = 14 (5.3)

В нейтральной среде водородный показатель равен:

рН = –lg[H⁺] = –lg10^–7 = 7

В кислотной среде [Н⁺] > 10^–7, следовательно, рН < 7, и чем больше кислотность среды, тем меньше значение рН.

В основной среде [Н⁺] < 10^–7, следовательно, рН > 7, и чем больше основность среды, тем больше значение рН.

В разбавленных водных растворах ве­личина рН изменяется от 0 до 14 (табл. 3, 4). Однако при концентрации кислоты или щёлочи больше 1 может выходить за эти пределы.

Таблица 3

Водородный показатель

рН = –lg[H+]

Таблица 4

Кислотность некоторых природных жидкостей

Жидкость	рН	Жидкость	рН
Морская вода	8,0 ± 0,5	Моча	4,8 - 8,0
Яичный белок	8,0	Торфяная вода	4,5 ± 1,0
Кровь человека	7,35 ± 0,08	Сок томатный	4,3
Сок огуречный	6,9 ± 0,2	Сок яблочный	3,5 ± 1,0
Молоко	6,6 - 6,85	Сок апельсиновый	2,6 - 4,4
Слюна	6,35 - 6,85	Сок лимонный	2,5 ± 0,5
Дождевая вода	5,5 - 6,0	Желудочный сок	1,0 - 2,0

В водных растворах кислот и оснований рН среды зависит от природы и концентрации растворённого вещества. Для определения рН раствора сильной кислоты или сильного основа­ния необходимо знать молярную концентрацию эквивалентов данного вещества и коэффициент активности соответствующего иона [γ(Н⁺) или γ(ОН^–)] в данном растворе.

Для расчётов величины рН растворов ис­пользуют следующие уравнения:

– для сильной кислоты: [Н⁺] =

рН = –lg (5.4)

– для сильного основания: [ОН^–] = [Н⁺] =

рН = 14 + lg (5.5)

Для расчёта величины рН раствора слабой кислоты или слабого основания необходимо знать молярную концентрацию данного вещества и константу его диссоциации:

для слабой кислоты А [Н⁺] =

рН = –lg [Н⁺] = [рК_а – lg с(НА)] (5.6)

для слабого основания В: [ОН^–] =; [Н⁺] = ,

рН = 14 – [рК_b – lg с(В)]. (5.7)

Водородный показатель широко используется для харак­теристики кислотно-основных свойств биологических сред. Кислотность среды оказывает влияние на физико-химичес­кие свойства и биологическую активность, например, белков и нуклеиновых кислот. Определение величины рН растворов имеет весьма важное значение для биологии, медицины, сельского хозяйства.