If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Химична библиотека

Курс: Химична библиотека > Раздел 13

Урок 1: Киселини, основи и pH
Наука
Химична библиотека
Киселини и основи
Киселини, основи и pH
© 2023 Khan AcademyУсловия за ползванеДекларация за поверителностПолитика за Бисквитки

pH, pOH и pH скала

Класна стая на Google
Определения за pH, pOH и pH скала. Изчисляване на pH на разтвор на силна киселина или основа. Връзката между сила на киселината и pH на разтвора. 

Основни идеи

  • Можем да превърнем [H+] в pH и обратното, като използваме следните формули:
pH=−log⁡[H+][H+]=10−pH
  • Можем да превърнем [OH−] в pOH и обратното, като използваме следните формули:
pOH=−log⁡[OH−][OH−]=10−pOH
  • За всеки воден разтвор при 25∘C:
pH+pOH=14.
  • При всяко нарастване на концентрацията на [H+] по 10, pH ще намалее с 1 единица, и обратното.
  • [H+] и pH се определят от силата на киселината и от концентрацията.

Въведение

Във воден разтвор киселината се определя като всяко съединение, което повишава концентрацията на H+, докато основата повишава концентрацията на OH−. Типичните концентрации на тези йони в разтвор могат да бъдат много малки, както и да варират в широки граници.
Лилаво-сини хортензии до розово-лилави хортензии.
Цветът на цветето хортензия може да варира според стойността на pH на почвата. Сините цветове обикновено се наблюдават при кисела почва с pH по-малко от 6, а розовите цветове се наблюдават при почва с pH по-голямо от 6. Снимка от WIkimedia Commons, CC BY 2,0
Например проба от чиста вода при 25∘C съдържа 1,0⋅10−7 M H+ и OH−. За сравнение, концентрацията на H+ в стомашната киселина може да достигне приблизително 1,0⋅10−1M. Това означава, че концентрацията на [H+] в стомашната киселина е приблизително 6 порядъка повече, отколкото в чистата вода!
За да избегнат работата с подобни сложни числа, учените превръщат тези концентрации в стойности на pH или pOH. Да разгледаме определенията за pH и pOH.

Определения за pH и pOH

Връзка между [H+] и pH

Стойността на pH на воден разтвор се изчислява от [H+], като се използва следното уравнение:
pH=−log⁡[H+](уравнение 1a)
Индексът p означава ‘‘−log10" (отрицателен десетичен логаритъм). Често ще срещаш записи, в които основата 10 е пропусната като част от абревиатурата.
Например, ако имаме разтвор с концентрация [H+]=1⋅10−5 M, изчисляваме pH с помощта на уравнение 1a:
pH=−log⁡(1⋅10−5)=5,0
При дадено pH на разтвора можем да намерим и [H+]:
[H+]=10−pH(уравнение 1b)

Връзка между [OH−] и pOH

pOH на воден разтвор се определя по същия начин за концентрацията на [OH−]:
pOH=−log⁡[OH−] (уравнение 2a)
Например, ако имаме разтвор с концентрация [OH−]=1⋅10−12 M, изчисляваме pH с помощта на уравнение 2a:
pOH=−log⁡(1⋅10−12)=12,0
При дадено pOH на разтвора можем да намерим и [OH−]:
10−pOH=[OH−](уравнение 2b)

Връзка между pH и pOH

Според равновесните концентрации на H+ и OH− във вода, следното отношение е вярно за всеки воден разтвор при 25∘C:
pH+pOH=14  (уравнение 3)
Това отношение може да се използва, за преминаване между стойностите на pH и pOH. В комбинация с уравненията 1a/b и уравненията 2a/b можем винаги да свържем pOH и/или pH с [OH−] и [H+]. За извеждането на уравнението прегледай статията за електролитна дисоциация на водата.

Пример 1: Изчисляване на pH на разтвор на силна основа

Ако използваме 1,0 mmol NaOH, за да направим 1,0 L воден разтвор при 25∘C, колко ще бъде pH на разтвора?
Можем да намеримpH на нашия разтвор на NaOH, като използваме отношението между [OH−], pH и pOH. Да направим изчисленията стъпка по стъпка.

Стъпка 1. Изчисли моларната концентрация на NaOH

Моларната концентрация е равна на моловете разтворено вещество за литър от разтвора:
Моларна концентрация=мола разтворено веществоL разтвор
За да изчислим моларната концентрация на NaOH, можем да използваме известните ни стойности на моловете NaOH и обема на разтвора:
[NaOH]=1,0 mmol NaOH1,0 L=1,0⋅10−3 mol NaOH1,0 L=1,0⋅10−3 M NaOH
Концентрацията на NaOH в разтвора е 1,0⋅10−3 M.

Стъпка 2: Изчисли концентрацията на [OH−] при дисоциацията на NaOH

Тъй като NaOH е силна основа, във воден разтвор тя се дисоциира напълно до съставните си йони:
NaOH→Na++OH−
Това уравнение ни показва, че от всеки мол NaOH се получава един мол OH− във воден разтвор. Следователно имаме следната връзка между [NaOH] и [OH−]:
[NaOH]=[OH−]=1,0⋅10−3 M

Стъпка 3: Изчисли pOH от [OH−], като използваш уравнение 2a

След като вече знаем концентрацията на OH−, можем да изчислим pOH с уравнение 2a:
pOH=−log⁡[OH−]=−log⁡(1,0⋅10−3)=3,00
pOH на нашия разтвор е 3,00.

Стъпка 4: Изчисли pH от pOH, като използваш уравнение 3

Можем да изчислим pH от pOH с уравнение 3. Разместваме, за да намерим неизвестното pH:
pH=14−pOH
Можем да заместим стойността на pOH, която намерихме в стъпка 3, за да намерим pH:
pH=14−3,00=11,00
Следователно pH на нашия разтвор на NaOH е 11,00.

pH скала: кисели, основни и неутрални разтвори

Превръщането на [H+] в pH е удобен начин да се определи относителната киселинност или основност на разтвора. Скалата на pH ни позволява лесно да разграничаваме различни вещества по стойността на тяхното pH.
Скалата на pH е отрицателна логаритмична скала. Логаритмична означава, че стойността на pH се променя с 1 единица при промяна на концентрацията на H+, кратна на 10. Отрицателният знак пред знака за логаритъм означава, че между pH и [H+] има обратнопропорционална връзка: когато pH се повишава, [H+] намалява и обратното.
Изображението показва скала на pH, означена със стойностите на pH за някои често срещани в домакинството вещества. Тези стойности на pH се отнасят за разтвори при 25∘C. Забележи, че е възможно да има отрицателна стойност на pH.
pH скала от -1 до 14.
pH скалата. Стойността на pH в киселите разтвори е по-ниска от 7, а стойността на pH в основни разтвори е над 7. Изображение от UCDavis ChemWiki, CC BY-NC-SA 3,0 US.
Някои важни термини, които трябва да запомниш за водните разтвори при 25∘C:
  • Неутралните разтвори имат pH=7.
  • Киселите разтвори имат pH<7.
  • Основните разтвори имат pH>7.
Колкото по-ниска е стойността на pH, толкова по-кисел е разтворът и концентрацията на H+ е по-висока. Колкото по-висока е стойността на pH, толкова по-основен е разтворът и концентрацията на H+ е по-ниска. Макар че можем да определим киселинността на разтвор с pOH, по-често се използва pH. За наш късмет можем лесно да превръщаме една в друга стойностите на pH и pOH.
Проверка на концепцията: Според pH скалата, дадена по-горе, кой от разтворите е по-кисел − портокалов сок или оцет?

Пример 2: Определяне на pH на разтвор на разредена силна киселина

Имаме 100 mL разтвор на азотна киселина с pH 4,0. Разреждаме разтвора, като добавяме вода до получаването на общ обем 1,0 L.
Колко е pH на разредения разтвор?
Задачата може да се реши по няколко начина. Ще използваме два различни метода.

Метод 1. Използвай свойствата на логаритмична скала

Припомням, че скалата на pH е логаритмична скала. Следователно, ако концентрацията на H+ се намали кратно на 10, тогава pH ще се повиши с 1 единица.
Тъй като първоначалният обем 100 mL е една десета от общия обем след разреждането, концентрацията на H+ в разтвора се е намалила 10 пъти. Следователно стойността на pH на разтвора ще се увеличи с 1 единица:
pH=първоначално pH+1,0=4,0+1,0=5,0
Следователно pH на разредения разтвор е 5,0.

Метод 2. Използвай моловете H+, за да изчислиш pH

Стъпка 1: Изчисли моловете H+

Можем да използваме pH и обема на първоначалния разтвор, за да изчислим моловете H+ в разтвора.
молове H+=[H+]начално⋅обема=10−pHM⋅обем=10−4,0M⋅0,100 L=1,0⋅10−5мола H+

Стъпка 2: Изчисли моларната концентрация на H+ след разреждане

Моларната концентрация на разредения разтвор може да бъде изчислена, като използваме броя на моловете H+ от първоначалния разтвор и общия обем след разреждането.
[H+]крайно=mol H+L на разтвора=1,0⋅10−5mol H+1,0L=1,0⋅10−5M

Стъпка 3: Изчисли pH от [H+]

Накрая използваме уравнение 1a, за да изчислим pH:
pH=−log⁡[H+]=−log(1,0⋅10−5)=5,0
Метод 2 дава същия отговор като метод 1, ура!
По принцип при метод 2 има няколко допълнителни стъпки, но може да се използва винаги за намиране на промяна на стойността на pH. Метод 1 е удобен кратък път, когато промените в концентрацията са кратни на 10. Метод 1 може да се използва и като бърз начин за определяне на промените на pH.

Връзка между pH и сила на киселината

От формулата за pH знаем, че pH е свързано с [H+]. Въпреки това е важно да запомниш, че pH не винаги е пряко свързано със силата на киселината.
Силата на киселината зависи от количеството киселина, дисоциирано в разтвора: колкото по-силна е киселината, толкова по-висока е концентрацията на [H+] за дадена концентрация на киселината. Например 1,0M разтвор на силната киселина HCl има по-висока концентрация на H+, отколкото 1,0M разтвор на слабата киселина HF. Ето защо за два разтвора на еднопротонна киселина с еднаква концентрация pH е пропорционално на силата на киселината.
Най-общо, силата на киселината и концентрацията определят [H+]. Следователно не можем винаги да приемаме, че pH на разтвор на силна киселина е по-ниско от pH на разтвор на слаба киселина. Концентрацията на киселината също има значение!

Резюме

Ръка, държаща мокра лакмусова хартия с четири ленти (от ляво надясно): оранжева, зелено-кафява, жълта, червено-оранжева. Лакмусовата хартия се сравнява с референтна диаграма на стойностите на pH и цветове. Мократа хартия отговаря на pH 7 от референтната диаграма.
За да измерим pH на воден разтвор, можем да използваме лакмус (индикаторна хартия). Цветът на лакмуса на това изображение отговаря на стойност на pH 7. Снимка from Wikimedia Commons, CC BY-SA 2,5
  • Можем да превърнем [H+] в pH и обратното, като използваме следните формули:
pH=−log⁡[H+][H+]=10−pH
  • Можем да превърнем [OH−] в pOH и обратното, като използваме следните формули:
pOH=−log⁡[OH−][OH−]=10−pOH
  • При всяко нарастване на концентрацията на [H+] по 10, pH ще намалее с 1 единица, и обратното.
  • За всеки воден разтвор при 25∘C:
pH+pOH=14.
  • [H+] и pH се определят от силата на киселината и от концентрацията.

Задача 1: Изчисляване на pH на разтвор на силна основа при 25∘C

Направили сме 200 mL разтвор на Ca(OH)2 с концентрация 0,025 M. След това разтворът е разреден до 1,00 L с добавяне на още вода.
Колко е pH на разтвора след разреждането?
Избери един отговор:

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила
Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.