рН: определение
рН - это водородный показатель, который используется для определения кислотности водных растворов.
Кислотность раствора зависит от количества водородных ионов ${H^+}$ и гидроксильных ионов ${OH^-}$. Данные показатели взаимосвязаны: чем больше одна величина, тем меньше другая.
В соответствии с этим выделяют следующие виды растворов:
- нейтральные ${[H^+] = [OH^-]}$;
- кислотные ${[H^+] > [OH^-]}$;
- щелочные ${[H^+] \lt [OH^-]}$.
Метод расчета
В нейтральном растворе присутствуют только те ионы, которые образовались в результате диссоциации: ${H_2O \leftrightarrow H^+ + OH^-}$
Константа диссоциации данной реакции рассчитывается следующим образом: ${К = \frac {[H^+] \cdot [OH^-]}{[H_2O]} = 1,8 \cdot 10^{-16}}$
Из этого следует, что ионное произведение воды равно ${K_w = [H^+][OH^-] = 10^{-14}}$ при ${T = 25^\circ C}$
${[H^+] = [OH^-] = \sqrt {10^{-14}} = 10^{-7}}$
Следовательно, в кислом растворе ${[H^+] > 10^{-7}}$, в щелочном - ${[H^+] \lt 10^{-7}}$, в нейтральном - ${[H^+] = 10^{-7}}$
Для удобства рН выражают через отрицательный логарифм: ${pH = -lg[H^+]}$
Рассчитаем рН для нейтрального раствора: ${pH = -lg[H^+] = -lg(10^{-7}) = 7}$
Теперь рассмотрим значения рН для раствора сильной кислоты и сильного основания:
Раствор сильной кислоты (HBr).
Пусть концентрация данного раствора кислоты равна 1 моль/л. Следовательно, концентрация водородных ионов также будет равна 1 моль/л
Из этого следует, что ${K_w = [H^+][OH^-] = [1 моль/л][10^{-14}] = 10^{-14}}$
Так как 1 моль/л = ${10^0}$, то ${[H^+] = 10^0}$, ${pH = -lg[H^+] = -lg(10^0) = 0}$
То есть рН для сильной кислоты равно 0.
Раствор сильного основания (LiOH).
Пусть концентрация данного раствора кислоты равна 1 моль/л. Следовательно, концентрация гидроксильных ионов также будет равна 1 моль/л
Из этого следует, что ${K_w = [H^+][OH^-] = [10^{-14}][1 моль/л] = 10^{-14}}$
Так как 1 моль/л = ${10^0}$, то ${[OH^-] = 10^0}$
Тогда ${[H^+] = \frac {K_w}{[OH^-]} = \frac {10^{-14}}{10^0} = 10^{-14}}$
${pH = -lg[H^+] = -lg(10^{-14}) = 14}$
Следовательно, рН сильного основания равно 14.
Рисунок 1. Шкала рН. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
