Значення рН. Кислотно-лужна рівновага - pH-баланс - співвідношення кислоти та лугу

Історія

Рівняння, що зв'язують pH та pOH

Виведення значення pH

У чистій воді при 25 °C концентрації іонів водню () і гідроксид-іонів () однакові і складають 10 -7 моль/л, це безпосередньо випливає з визначення іонного добутку води, яке дорівнює і становить 10 -14 моль²/л² (при 25 °C).

Коли концентрації обох видів іонів у розчині однакові, кажуть, що розчин має нейтральнуреакцію. При додаванні до води кислоти концентрація іонів водню збільшується, а концентрація гідроксид-іонів відповідно зменшується, при додаванні основи - навпаки, підвищується вміст гідроксид-іонів, а концентрація іонів водню падає. Коли > кажуть, що розчин є кислим, а при > - лужним.

Для зручності уявлення, щоб позбутися від негативного показника ступеня, замість концентрацій іонів водню користуються їх десятковим логарифмом, взятим зі зворотним знаком, який є водневим показником - pH).

pOH

Дещо менше поширення набула зворотна pH величина - показник основності розчину, pOH, що дорівнює негативному десятковому логарифму концентрації в розчині іонів OH − :

як у будь-якому водному розчині при 22 °C = 1,0 ×10 − 14 , очевидно, що при цій температурі:

Значення pH у розчинах різної кислотності

• Всупереч поширеній думці, pH може змінюватися не тільки в інтервалі від 0 до 14, а може виходити за ці межі. Наприклад, при концентрації іонів водню = 10 -15 моль/л pH = 15, при концентрації іонів гідроксиду 10 моль/л pOH = −1.

Деякі значення pH Речовина pH Електроліт у свинцевих акумуляторах <1.0 Шлунковий сік 1,0-2,0 Лимонний сік 2,5±0,5 Лимонад Кола 2,5 Оцет 2,9 Яблучний сік 3,5±1,0 Пиво 4,5 Кава 5,0 Модний шампунь 5,5 Чай 5,5 Кислотний дощ < 5,6 Шкіра здорової людини ~6,5 Слина 6,35-6,85 Молоко 6,6-6,9 Чиста вода 7,0 Кров 7,36-7,44 Морська вода 8,0 Мило (жирове) для рук 9,0-10,0 Нашатирний спирт 11,5 Відбілювач (хлорка) 12,5 Розчин соди 13,5

Оскільки за 25 °C (стандартних умов) · = 10 -14 , то зрозуміло, що за цієї температури pH + pOH = 14.

Так як в кислих розчинах > 10 -7 то pH кислих розчинів pH< 7, аналогично pH щелочных растворов pH >7, pH нейтральних розчинів дорівнює 7. При більш високих температурах константа дисоціації води підвищується, відповідно збільшується іонний добуток води, тому нейтральною виявляється pH< 7 (что соответствует одновременно возросшим концентрациям как H + , так и OH -); при понижении температуры, напротив, нейтральная pH возрастает.

Методи визначення значення pH

Для визначення значення рН розчинів широко використовують кілька методик. Водневий показник можна оцінювати приблизно за допомогою індикаторів, точно вимірювати pH-метром або визначати аналітично шляхом, проведенням кислотно-основного титрування.

1. Для грубої оцінки концентрації водневих іонів широко використовуються кислотно-основні індикатори – органічні речовини-барвники, колір яких залежить від pH середовища. До найбільш відомих індикаторів належать лакмус, фенолфталеїн, метиловий помаранчевий (метилоранж) та інші. Індикатори здатні існувати у двох по-різному забарвлених формах - або кислотної, або основний. Зміна кольору кожного індикатора відбувається у своєму інтервалі кислотності, що зазвичай становить 1-2 одиниці.

Для розширення робочого інтервалу вимірювання pH використовують так званий універсальний індикатор, що є сумішшю з декількох індикаторів. Універсальний індикатор послідовно змінює колір із червоного через жовтий, зелений, синій до фіолетового при переході з кислої області в лужну. Визначення pH індикаторним методом утруднено для каламутних або забарвлених розчинів.

1. Використання спеціального приладу - pH-метра - дозволяє вимірювати pH в ширшому діапазоні і точніше (до 0,01 pH), ніж за допомогою індикаторів. Іонометричний метод визначення pH ґрунтується на вимірюванні мілівольтметром-іонометром ЕРС гальванічного ланцюга, що включає спеціальний скляний електрод, потенціал якого залежить від концентрації іонів H + в навколишньому розчині. Спосіб відрізняється зручністю та високою точністю, особливо після калібрування індикаторного електрода у вибраному діапазоні рН, дозволяє вимірювати pH непрозорих та кольорових розчинів і тому широко використовується.
2. Аналітичний об'ємний метод – кислотно-основне титрування – також дає точні результати визначення кислотності розчинів. Розчин відомої концентрації (титрант) краплями додається до досліджуваного розчину. При їх змішуванні протікає хімічна реакція. Точка еквівалентності – момент, коли титранта точно вистачає, щоб повністю завершити реакцію, – фіксується за допомогою індикатора. Далі, знаючи концентрацію та обсяг доданого розчину титранту, обчислюється кислотність розчину.
3. Вплив температури на значення pH

0.001 мол/Л HCl при 20 °C має pH=3, при 30 °C pH=3

0.001 мол/Л NaOH при 20 °C має pH=11.73, при 30 °C pH=10.83

Як ми пам'ятаємо зі шкільного курсу хімії, pH - це одиниця активності іона водню, що дорівнює зворотному логарифму активності водневих іонів. Таким чином, вода з показником рН, що дорівнює 7, має 10 -7 моль на літр іонів водню, а вода з рН 6 - 10 -6 моль на літр. Шкала значень рН може змінюватись в діапазоні від 0 до 14.

У цілому нині вода з pH менше 7 вважається кислою, і з рН більше 7 - лужної. Нормальний діапазон pH для поверхневих водних систем лежить у межах від 6,5 до 8,5, а підземних систем - від 6 до 8,5.

Значення pH води (H 2 0) дорівнює 7 при 25 °C, але при контакті з діоксидом вуглецю в атмосфері ця рівновага зміщується до pH приблизно 5,2. Через тісний зв'язок pH з атмосферними газами та температурою настійно рекомендується, щоб вода була перевірена якнайшвидше. Адже pH води не є мірою стійкості кислої чи лужної реакції та не дає повної картини характеристик чи приводу для обмеження водопостачання.

М'яка вода

Загалом вода з низьким pH (менше 6,5) є кислою, м'якою та корозивною. Таким чином, у воду можуть проникати іони металів, таких як залізо, марганець, мідь, свинець і цинк з водоносного горизонту, сантехніки і трубопроводів. Тому вода з низьким pH може:

• містити підвищені рівні токсичних металів;
• призвести до передчасного пошкодження металевих труб;
• мати металевий чи кислий присмак;
• фарбувати білизну;
• мати характерне "синьо-зелене" фарбування раковини та стоків.

Основним способом вирішення проблеми низького pH води є використання нейтралізатора. Він подає розчин у воду, щоб запобігти реакції води з домашнім водопроводом або електролітичну корозію. Типовий нейтралізатор - хімічна нейтралізація цим засобом збільшує вміст натрію у воді.

Жорстка вода

Вода з pH вище 8,5 є твердою. Вона не становить небезпеки для здоров'я, але може спричинити естетичні проблеми. Ці проблеми включають:

• Формування "шкали" або осаду на трубопроводах та світильниках.
• Лужний присмак у воді, який може зробити смак кави гіркою.
• Освіта накипу на посуді, пральній машині, басейнах.
• Складність в отриманні піни з мила та миючих засобів та утворення нерозчинних опадів на одязі тощо.
• Зменшення ефективності електричних водонагрівачів.

Як правило, ці проблеми виникають, коли жорсткість варіюється в межах від 100 до 200 міліграм CaCO 3 /л, що еквівалентно 12 г на галон. Вода може бути пом'якшена за рахунок використання іонного обміну або додаванням золи, вапняно-содової суміші, але обидва процеси збільшують вміст натрію у воді.

PH питної води

Пильну увагу до контролю pH необхідно на всіх етапах водопідготовки для забезпечення задовільного якості та знезараження води. Хоча pH води зазвичай не має прямого впливу на споживачів, це один із найважливіших експлуатаційних параметрів якості води. Для ефективної дезінфекції з хлором показник pH переважно повинен бути меншим, ніж 8. PH води на вході в систему розподілу необхідно контролювати, щоб звести до мінімуму корозію труб. Невиконання цієї вимоги може призвести до забруднення питної води та несприятливих наслідків для її смаку, запаху та зовнішнього вигляду.

Оптимальне значення pH варіюватиметься для різних матеріалів залежно від складу води та природи будівельних матеріалів, що використовуються в системі розподілу, але найчастіше воно лежить у діапазоні 6,5-9,5. Екстремальні значення pH можуть бути результатом випадкових розливів, поломок на очисних спорудах.

Ідеальний рівень pH іонізованої води для довгострокового вживання людиною знаходиться між 8,5 та 9,5 (і ніколи не перевищує 10,0) з ідеальним значенням ОВП близько 200mV-300mV (і в жодному разі не вище 400mV).

PH води у басейні

Як згадувалося, pH - найважливіша характеристика як для питної води, але й басейнів, оскільки дезінфекції води досі переважно застосовують хлорування, а за використанні хлору ефективність дезінфекції залежить від вихідного значення pH води.

Хлор є основним дезінфікуючим агентом для попередження розвитку інфекцій у громадських басейнах, але хлор також реагує з органічними речовинами у воді та утворює побічні продукти дезінфекції (ППД): органічні речовини - похідне гумінових речовин, що утворюються в результаті взаємодії води з потом, сечею, волоссям, клітинами шкіри та залишками засобів особистої гігієни, що потрапляють у воду від плавців. Зміст ППД може бути виміряний у вигляді суми всіх галогенованих сполук. Деякі ППД збільшують ризик розвитку астми, є канцерогенами або подразнюють очі та шкіру.

Хлор є загальною назвою, яка утворює газоподібний хлор, що реагує з водою. Розчиняючись у воді, кислота утворює гіпохлорит і має значення рК, що дорівнює 7,5.

Хлориста кислота є набагато більш ефективною, ніж гіпохлорит, вбиваючи бактерії, цисти, суперечки та неактивні вірусні. Таким чином, якщо значення pH в плавальному басейні знаходиться на нижньому рівні регульованого діапазону, меншу кількість хлору необхідно отримати для тієї ж міри дезінфекції, а отже, у воді утворюється менше потенційно небезпечних ППД. Як показують численні дослідження, оптимальний рівень pH води у басейні лежить у межах від 7,5 до 8,0. При зниженні pH всього на 1-0,5 одиниці (до 7,0-6,5) значно підвищується рівень ППД, які ще й геннотоксичні.

Методи визначення pH

Шкала pH є логарифмічною шкалою, що означає, що кожне збільшення або зменшення на 1 одиницю є зміною з коефіцієнтом 10. Наприклад, розчин з pH 11 в 10 разів більш лужний, ніж розчин з pH 10. Існує кілька методів, як визначити pH води .

Визначення pH за допомогою тест-смужок

Тест-смужки є лакмусовим папіром, що реагує зміною кольору на коливання pH. Придбати їх можна в зоомагазинах, оскільки часто використовують для визначення pH води в акваріумах (навіть незначне коливання цього показника може призвести до загибелі риб).

При контакті із тест-смужки зміниться. Вам доведеться лише порівняти підсумковий колір із зразком колірної шкали на упаковці і отримати конкретне значення. Цей метод визначення pH швидкий, простий, дешевий, але має чималу похибку.

Лакмусовий папір «Роттінгер»

Придбати у магазинах медтехніки вашого міста. Провівши аналіз різних ph тестів (починаючи від дешевих китайських та закінчуючи дорогими голландськими), ми дійшли висновку, що мінімальну похибку у показанні дають німецькі ph смужки «Роттінгер». В упаковці йде індикаторна шкала від 1 до 14 (максимальний доступний інтервал!) та 80 ph смужок, яких вистачає на довгий час. З допомогою цих смужок можна виміряти як ph води, а й ph таких біологічних рідин, як слина, сеча тощо. Так як хороші ph метри досить дорогі (близько 3000руб), і для них доводиться купувати буферні розчини для калібрування, то лакмусовий папір "Роттінгер", ціна якого не перевищує 250-350 руб., Послужить вам незамінним помічником у точному визначенні рівня ph.

Визначення pH за допомогою pH-метра

У пластикову або скляну склянку відбирають пробу води (20-30 мл). Датчик приладу обполіскують невеликою кількістю дистильованої води, а потім занурюють у розчин разом із датчиком температури. Шкала приладу показує точне значення pH досліджуваного розчину. При цьому слід враховувати, що на точність вимірювань впливає регулярне калібрування приладу, для якого використовують стандартні розчини із відомою величиною pH. Цей метод визначення pH точний, простий, швидкий, але потребує великих матеріальних витрат у порівнянні з попереднім та найпростішим навичкам роботи з лабораторним обладнанням та хімічними розчинами.

Таким чином, pH води - це не просто термін зі шкільного курсу хімії, а й показник якості води, який повинен контролюватись, щоб уникнути проблем з обладнанням та здоров'ям.

У якомусь розчині називається кислотно-лужною рівновагою ( КЩР), хоча фізіологи вважають, що правильніше називати це співвідношення кислотно-лужним станом.

КЩР характеризується спеціальним показником рН (power Hidrogen – "сила водню"), який показує кількість водневих атомів у даному розчині.

При рН рівному 7,0 говорять про нейтральне середовище.

Чим нижчий рівень рН- тим середовище кисліше(Від 6,9 до 0).

Лужне середовище має високий рівень рН (від 71 до 140).

Тіло людини на 70% складається із водитому вода - це одна з найважливіших його складових.

Тіло людини має певне кислотно-лужне співвідношення, що характеризується рН (водневим) показником.

Значення показника рН залежить від співвідношення між позитивно зарядженими іонами (що формують кисле середовище) і негативно зарядженими іонами (що формують лужне середовище).

Організм постійно прагне врівноважити це співвідношення, підтримуючи певний рівень рН.

При порушеному балансі може виникнути безліч серйозних захворювань.

Перевірте свій кислотно-лужний баланс за допомогою тест-смужок рН.

Дуже важливо вчасно звернути увагу на зміну рівня рН внутрішнього середовища організму та, за необхідності, вжити невідкладних заходів.

За допомогою рН тест-смужок можна легко, швидко та точно визначити рівень рН, не виходячи з дому.

Найкращий час для визначення рівня рН – за 1 годину до їди або через 2 години після їди.

Перевіряйте рівень рН 2 рази на тиждень 2-3 рази на день.

Незнання рівня свого рН може призвести до сумних наслідків.

А) Підвищена кислотність в організмі

Дисбаланс рН організму у більшості людей проявляється у вигляді підвищеної кислотності (стан Ацидоз).

У цьому стані організм погано засвоює мінерали, такі як кальцій, натрій, калій та магній, які завдяки надлишковій кислотності виводяться з організму.

Від нестачі мінералів страждають життєво важливі органи.

Не виявлений вчасно ацидоз може шкодити організму непомітно, але протягом кількох місяців і навіть років.

Зловживання алкоголем часто призводить до ацидозу.

Ацидозможе виникати як ускладнення діабету.

При ацидозі можуть виникнути такі проблеми:

Б) Підвищений вміст Луги в організмі

При підвищеному вмісті лугу в організмі, а цей стан називається Алкалоз, Так само як при ацидозі, порушується засвоєння мінералів.

Їжа засвоюється набагато повільніше, що дозволяє токсинам проникати із шлунково-кишкового тракту до крові.

Підвищений вміст лугу в організмі небезпечний і важко піддається коректуванню.

Як правило, воно є результатом вживання ліків, що містять луг.

Підвищений вміст лугу може спровокувати:

Значення рН сечі

Результати тестів рН сечі показують, наскільки добре організм засвоює мінерали, такі як кальцій, натрій, калій і магній.

Ці мінерали називають "кислотними демпферами", оскільки вони регулюють рівень кислотності в організмі.

Якщо кислотність дуже висока, організм не продукує кислоту.

Він має нейтралізувати кислоту.

Для цього організм починає запозичувати мінерали з різних органів, кісток та ін. для того, щоб нейтралізувати надлишки кислоти, яка починає накопичуватися у тканинах.

Отже, відбувається регулювання рівня кислотності.

Мінерали використовуються для нейтралізації кислот

Протягом 7 років проводилося дослідження в Каліфорнійському Університеті (штат Сан-Франциско), де було обстежено 9 тис. жінок.

Результати показали, що при постійному підвищеному рівні кислотності кістки стають ламкими.

Фахівці, які проводили цей експеримент, упевнені, що більшість проблем жінок середнього віку пов'язана із зайвим вживанням м'ясної та недоліком вживання овочевої їжі.

Тому організму нічого не залишається, як забирати кальцій із власних кісток, та з його допомогою регулювати рівень рН.

(Американський Журнал Клінічного Харчування).

Значення рН слини

Раціонально також знати рівень рН слини.

Результати тестування показують активність ферментів травного тракту, особливо печінки та шлунка.

Цей показник дає уявлення про роботу всього організму в цілому так і окремих його систем.

Деякі люди можуть мати підвищену кислотність, як сечі, так і слини - у такому разі ми маємо справу з подвійною кислотністю.

Значення рН крові

рН крові одна з найжорсткіших фізіологічних констант організму.

У нормі цей показник може змінюватись у межах 7,3б - 7,42.

Зрушення цього показника хоча б на 0,1 може призвести до тяжкої патології.

При зрушенні рН крові на 0,2 розвивається коматозний стан, на 0,3 – людина гине.

Дотримуйтесь правильного рН балансу для збереження міцного здоров'я

Організм здатний правильно засвоювати та накопичувати мінерали та поживні речовини лише за належного рівня кислотно-лужної рівноваги.

У ваших силах допомогти своєму організму одержувати, а не втрачати корисні речовини.

Наприклад, залізоможе засвоюватисяорганізмом при рН 6,0 - 7,0 , а йод- при рН 6,3 - 6,6 .

Наш організм використовує соляну кислоту для розщеплення їжі.

У процесі життєдіяльності організму потрібні як кислі, і лужні продукти розпаду, причому перших утворюється у 20 разів більше, ніж других.

Тому захисні системи організму, що забезпечують незмінність його КЩР, "налаштовані" насамперед на нейтралізацію та виведення насамперед кислих продуктів розпаду.

Основними механізмами підтримки цієї рівноваги є:

У Ваших інтересах підтримувати правильний рН-баланс.

Навіть "найправильніша" програма з підбору лікувальних трав не буде ефективно працювати, якщо ваш рН-баланс порушений.

Як організм керує рівнем кислотності

БАД для нормалізації ph-балансу в організмі:

Поповнюють дефіцит травних ферментів Поліпшують розщеплення та засвоєння поживних речовин Нормалізують функціонування органів травної системи Регулюють рівень соляної кислоти у шлунку Нормалізують мікрофлору шлунково-кишкового тракту Чинять протизапальну дію Регулюють кислотно-лужний баланс в організмі 120 капсул | $21.56

Ступінь кислотно-лужних показників, що визначаються концентрацією водневих іонів, формує параметри pH, які в нормі для питної води, згідно з правилами СанПінН, становлять 6-9 одиниць. За цим показником російські нормативи майже не відрізняються від ЄС-директиви – 6,50-9,50 та від вимог Агентства США з охорони середовища (USEPA) – 6,50-8,50.

При цьому норми рН води, призначеної для різних галузевих потреб, від pH-норми води для пиття. Наприклад:

• в гідропоніці використовують розчини з рівнем 5,50-7,50 і поділом цього діапазону більш вузькі сегменти залежно від конкретного виду рослини,
• у громадських басейнах цей норматив - 7,20-7,40; у приватних ширше – 7,20-7,60; за DIN 19643-1 - 6,50-7,60,
• при виробництві пива використовується водна основа з показниками 6,00-6,50,
• для безалкогольних напоїв – 3,00-6,00,
• для експортної горілки показник залежить від твердості технологічної води – і дорівнює 7 при твердості від 0 до 0,60 мг-екв/л та 6,50 – при 0,61-1,2 мг-екв/л; у горілках «внутрішнього ринку» – pH<7,80,
• у хімічно-волоконному виробництві – 7,00-8,00,
• у фарбувально-оздоблювальному – 6,50-8,50,
• в системах теплопостачання параметр вказується при температурі +25ºС і знаходиться в межах 7,00-8,50 для відкритих систем та в межах 7,00-11,00 – для закритих,
• в енерготехнічних та парових котлах – не менше 8,50,
• у системах охолодження: для оборотних та додаткових вод – 6,50-8,50, у циркуляційних холодного контуру – 6,50-8,20, гарячого контуру – 6,80-8,00 тощо.

Визначення рівня та залежностей pH

Шкала визначення характеру кислотно-лужного середовища складається з 14 одиниць, де серединна величина pH=7 вважається нейтральною. При зміщенні за цією шкалою до початку (на нуль) розчини набувають характеру кислотних. При зміщенні до кінця характер лужних. Найчастіше подібну залежність відображають у таблицях із частою градацією:

Для порівняння – згідно з ГОСТ 6709-96 дистилят по рН може мати значення в межах 5,40-6,60.

Оскільки концентрація іонів водню низька (для нейтрального середовища – це сім нулів після коми), то показник виражається у звичному вигляді негативним десятковим логарифмом. У таблицях як одиниці вимірювання зазвичай записують «pH, од.» або мкг/л (мікрограм на літр).

Показник рН відрізняється від показника загальної лужності (water alkalinity), яка, виражаючись мг-екв/л, визначається сумою гідроксильних іонів/аніонів слабких кислот у воді. Низька лужність провокує різку зміну рН під впливом зовнішніх факторів.

У природних водах pH, як правило, знаходиться в діапазоні 6,50-8,50, відбиваючи залежність від співвідношень з одного боку - вільного діоксиду вуглецю, з іншого - бікарбонат-іона. У болотних водах pH-значення нижче і зміщуються у бік кислотності. Часто саме цей параметр стає індикатором забруднення на відкритих водоймах, демонструючи наявність стоків із підвищеним вмістом кислоти чи луги.

При інтенсивному фотосинтезі, що спостерігається влітку, рівень показника може підвищуватись до 8,50-9,00 од. Також на значення параметра впливає концентрації карбонатів, схильних до гідролізу солей, гідроксидів, гумінових речовин та ін.

Значення рівня pH у повсякденному житті

Японські вчені провели порівняльні дослідження споживачів у районах, де користуються питною водою зі значеннями pH, зміщеними або у бік кислотності, або лужності. Вони дійшли висновку, що в районах, де цей показник вищий за середній, люди живуть на 20-30% довше порівняно із середньою тривалістю життя по країні. Як імовірна причина називається велика «комфортність» кислотних вод для розвитку патологічної мікрофлори.

У зв'язку з тим, що водопровідна вода справді значно впливає на стан здоров'я людини, деякі технічні аксесуари, які контактують з нею, починають рекламуватися як засоби, здатні змінити хімічні властивості води. Наприклад, економителі http://water-save.com/ описуються як пристрої, які «збагачують воду слабкими іонами, що активізують обмін речовин». Насправді достовірно підтверджується лише економічний, але не «цілющий» ефект установки економника.

Це, проте, не заперечує значення рН-параметра для організму. У кожному середовищі – зокрема, у різних середовищах людського організму – існують свої «pH-орієнтири»:

• слина – 6,8-7,4 (при високій швидкості слиновиділення – 7,8),
• сльози - 7,3-7,5,
• кров – 7,43,
• лімфа - 7,5,
• сеча – 5,5 (діапазон 5,0-7,5) тощо.

Для наочної демонстрації кислотно-лужного стану різних середовищ існують таблиці, в яких значення розташовані в порядку зростання: