Водородният показател pH (на български е прието да се произнася като пе ха) е измерител за киселинността или алкалността на даден воден разтвор. Представлява отрицателен десетичен логаритъм от концентрацията С на водородните катиони (H+), изразена в молове на литър:
Чрез концентрацията на H+ се определя химичният характер на даден разтвор.[1]
Това понятие е въведено през 1909 г. от датския химик Сьорен Сьоренсен. Показателят се нарича pH по първите букви от латинските думи potentia hydrogeni (сила на водорода) и pondus hydrogeni (тегло на водорода). В случая на рН буквата Н означава концентрацията на водородни йони (Н+) или по-точно термодинамичната активност на хидроксониевите йони (H3О+).
В чиста вода концентрациите на водородните катиони (Н+) и хидроксилните аниони (OH−) са еднакви и при 22 °C те са 10-7 mol/l. Това следва директно от определението за йонно произведение на водата, което при 25 °C е
С такива числени стойности на KW се работи много трудно. За удобство на представянето се избягват много малките отрицателни числа и водородният показател pH се изразява, като вместо концентрацията на водородни йони се използва нейният отрицателен десетичен логаритъм:
Аналогично, концентрацията на хидроксилните йони определя хидроксилния показател
Така за чиста вода , а за други разтвори обикновено границите на техните изменения са от 0 до 14 според вида на разтвора. В някои случаи обаче, pH може да излезе извън тези граници. Например, при концентрация на водородни йони , а при концентрация на хидроксидни йони
Поради логаритмичния мащаб разлика в рН с 1 единица означава разлика в киселинната/алкалната концентрация 10 пъти.[1]
Съществуват три вида разтвори според pH: основен (алкален), неутрален и киселинен.
Основен е разтвор, в който концентрацията на H+ е по-малка от тази на OH−:
Тогава:
Неутрален е разтвор, в който концентрацията на H+ е равна на тази на OH−:
Тогава:
Киселинен е разтвор, в който концентрацията на H+ е по-голяма от тази на OH−:
Тогава:
Тъй като при стандартни условия 25 °C , е ясно, че при тази температура . При по-високи температури константата на електролитната дисоциация на водата се увеличава, създават се повече йони H+ и OH- и се увеличава тяхната концентрация, следователно и йонното произведение на водата KW става по-голямо от 10-14. Тъй като това се дължи на едновременно повишени концентрации както на катиони Н+, така и на аниони OH-, границата на неутралност нараства . Така разтвори с при температура над 25 °C ще имат киселинна реакция.
При по-ниски температури от 25 °C аналогично дисоциацията е по-слаба, йонната концентрация е по-малка както за катиони, така и за аниони и границата на неутралност намалява . Затова разтвори с ще имат алкална реакция.
Изменението на pH от температурата зависи от вида на разтвора. Например:
Определянето на pH се осъществява посредством три основни метода: [1]
Редица химични съединения променят цвета си, в зависимост от рН на средата. Това им свойство се използва за практическо определяне на рН на различни субстанции. Най-често използваният индикатор е лакмусът. Използват се още:
Тези индикатори могат да съществуват в две различно оцветени форми – киселинна или основна. Промяната в цвета на всеки индикатор става в диапазона му на киселинност, обикновено 1 – 2 единици. Използват се за приблизителна оценка на концентрацията на водородни йони.
Универсалният индикатор представлява смес от няколко индикатора, с което се разширява работният диапазон на измерване на pH. Той променя последователно цвета си от червено през жълто, зелено, синьо до виолетово при преминаване от киселинна област в основна. Лентите от „индикаторната хартия“ обикновено се импрегнират с разтвори от такива смеси – „универсални индикатори“, с които може бързо да се определи киселинността на изследваните водни разтвори с точност до рН единици или дори десети от тях. За по-точно определяне цвета на индикаторната хартия, получен след нанасяне на капка разтвор, веднага се сравнява с еталонна цветова скала.
Определянето на pH с хартиени индикатори е трудно за мътни или оцветени разтвори.
Поради факта, че оптималните стойности на pH за хранителни разтвори имат много тесен диапазон на рН (обикновено от 5,5 до 6,5), в практиката се използват и други индикатори. Така например, течният pH тест има работен диапазон и скала от 4,0 до 8,0, което го прави по-точен в сравнение с универсалната индикаторна хартия. Напълва се епруветка с хранителен разтвор или вода и се добавя 1 капка pH тест. Затваря се епруветката, разклаща се и се сравнява получения цвят с цветната скала от комплекта.
Създадени са специални апарати за автоматизирано определяне на рН, наречени рН-метри. Те измерват pH в по-широк диапазон и по-точно (до 0,01 pH единици), отколкото универсалните индикатори. Методът е удобен и високо точен, особено след калибриране на индикаторния електрод в избран диапазон на рН. Позволява да се измерва pH на непрозрачни и цветни разтвори и затова се използва широко.
Аналитичният обемен метод – киселинно-алкално титруване – също дава точни резултати за определяне на киселинността на разтворите. Към тествания разтвор на капки се добавя разтвор с известна концентрация (титрант). Когато се смесят, протича химическа реакция. Моментът, когато титрантът достигне точно достатъчното количество, за да завърши напълно реакцията, се нарича точка на еквивалентност и се фиксира с индикатор. Знаейки концентрацията и обема на добавения титрантов разтвор, се изчислява киселинността на разтвора.
Вещество | pH | Цвят на индикатора |
---|---|---|
Геотермална вода на вулкана Далол [2][3] | ≈ 0 | |
Наситена солна киселина | 0,1 | |
Наситена сярна киселина | 0,3 | |
Електролит в оловни акумулатори | <1,0 | |
Азотна киселина (10% разтвор) | 1,0 | |
Солна (хлороводородна) киселина (10 % разтвор) | 1,1 | |
Сярна киселина; Tрихлороцетна киселина (10 % разтвор) |
1,2 | |
Оксалова киселина (10% разтвор) | 1,3 | |
Стомашен сок | 1,0 – 2,0 | |
Серниста киселина; Ортофосфорна киселина (10% разтвор) | 1,5 | |
Лайм | 1,8 – 2,0 | |
Солна (хлороводородна) киселина (1 % разтвор) | 2,0 | |
Лимонов сок (5% р-р на лимонова киселина) | 2,0 ± 0,3 | |
Сярна киселина (1% разтвор) | 2,1 | |
Лимон | 2,0 – 2,4 | |
Винена киселина, Ябълкова (оксиянтарна) киселина (10% разтвор) | 2,2 | |
Мравчена киселина (10% разтвор) | 2,3 | |
Млечна киселина, Салицилова киселина (10 % разтвор) |
2,4 | |
Наситена оцетна киселина | 2,4 | |
Червена боровинка | 2,3 – 2,5 | |
Сладки газирани напитки | 2,5 – 2,7 | |
Янтарна киселина (10% разтвор) | 2,7 | |
Стафиди | 2,8 – 3,0 | |
Цариградско грозде | 2,8 – 3,1 | |
Оцетна киселина (10% разтвор) | 2,9 | |
Хранителен оцет (3 – 15%); Бензоена киселина (10% разтвор) |
3,0 | |
Ябълков и портокалов сок; Газирана вода | 3,0 | |
Кока-кола | 3,0±0,3 | |
Алуминиева стипца (10% разтвор) | 3,2 | |
Боровинка | 3,0 – 3,7 | |
Грейпфрут | 3,0 – 3,7 | |
Ягода | 3,0 – 3,9 | |
Портокал | 3,0 – 4,0 | |
Малина | 3,2 – 3,6 | |
Ябълка | 3,3 – 3,9 | |
Оцетна киселина (1% разтвор) | 3,4 | |
Маслина | 3,6 | |
Бира, Вино | 3,0 – 4,5 | |
Сушена кайсия | 3,4 – 3,8 | |
Праскова | 3,4 – 4,1 | |
Вишна | 3,2 – 4,5 | |
Грозде | 3,5 – 4,5 | |
Маски и балсами след изсветляване на коса | 3,5 – 4,7 | |
Кайсия | 3,3 – 4,8 | |
Круша | 3,6 – 4,0 | |
Наситена въглеродна киселина | 3,8 | |
Нектарина | 3,9 – 4,2 | |
Къпина | 3,9 – 4,5 | |
Сероводородна киселина (10% разтвор) | 4,1 | |
Киселинен дъжд | 4,2 – 4,4 (< 5,6) |
|
Киселинни езера | 4,5 | |
Домат | 4,3 – 4,9 | |
Банан | 4,5 – 5,3 | |
Киселинни шампоани | 4,5 – 5,5 | |
Червен пипер | 4,6 – 5,2 | |
Тиква | 4,8 – 5,2 | |
Маски и балсами за коса след след измиване с шампоан | 4,7 – 6,0 | |
Наситена арсениста киселина | 5,0 | |
Кафе | 5,0 | |
Синилна киселина (10% разтвор) | 5,1 | |
Борна киселина (10% разтвор) | 5,2 | |
Броколи | 5,3 | |
Зеле | 5,2 – 5,4 | |
Диня | 5,2 – 5,6 | |
Червено цвекло | 4,9 – 6,6 | |
Сладък картоф | 5,3 – 5,6 | |
Шампоан, Урина | 5,5 | |
Кожа на здрав човек | 5,5 | |
Праз лук | 5,5 – 6,2 | |
Картоф | 5,6 – 6,0 | |
Целина | 5,7 – 6,0 | |
Манго | 5,8 – 6,0 | |
Копър | 5,5 – 6,5 | |
Спанак | 5,5 – 6,8 | |
Боб | 5,6 – 6,5 | |
Чай | 5,5 – 7,0 | |
Грах | 5,8 – 6,4 | |
Морков | 5,9 – 6,3 | |
Кокос | 5,5 – 7,8 | |
Царевица | 5,9 – 7,3 | |
Пъпеш; Спаржа | 6,0 – 6,7 | |
Маслина | 6,0 – 7,0 | |
Авокадо | 6,3 – 6,6 | |
Чисти езера | 6,5 | |
Мляко | 6,5 – 6,93 | |
Питейна вода; Фурма | 6,5 – 8,5 | |
Слюнка [4] | 6,8 – 7,4 | |
Химикали за навиване на коса (едро къдрене) | 6,8 – 7,5 | |
Неутрални шампоани | 6,0 – 8,0 | |
Чиста вода при 25°C | 7,0 | |
Детски шампоани | 7,3 | |
Негазирана бутилирана вода | 6,9 – 8,1 | |
Кръв | 7,36 – 7,44 | |
Лимфа | 7,5 | |
Химикали за средно къдрене на коса | 7,5 – 8,3 | |
Морска вода; Яйца | 8,0 | |
Тиогликолови химикали за дребно къдрене на коса | 8,3 – 9,1 | |
Хлор | 9,0 | |
Течен сапун за ръце | 9,0 – 10,0 | |
Устойчива (трайна) боя за коса | 9,0 – 11,0 | |
Високо алкална, йонизирана вода | 10,0 | |
Магнезиева суспензия за ръце | 10,0 | |
Тиогликолови препарати за химическо изправяне на косата | 10,0 | |
Обезцветяващи и избелващи препарати за коса | 10,0 – 11,0 | |
Амоняк | 11,5 | |
Обезцветяващ прах за коса; Сапунена вода |
12 | |
Белина (с хлор) | 12,5 | |
Алкални препарати за химическо изправяне на косата | 13,0 | |
Концентрирани разтвори на основи | >13,0 | |
Течност за прочистване на водосточни тръби, сода каустик | 14 |
Изохидрични се наричат разтворите с еднакво рН.
Константата на киселинна дисоциация (изписва се Ка) е количествена мярка за силата на йонизиращите химични съединения в разтвор. Това е константата на химично равновесие при електролитна дисоциация, в контекста на химичните реакции между киселина и основа.
За една киселина HA, която дисоциира до протон H+ и анион A- по уравнението:[5]
константата на киселинна дисоциация Ka е дефинирана по следния начин: