pH vertė, pH(lot. pondus hydrogenii- „vandenilio svoris“, tariamas "peh") yra vandenilio jonų aktyvumo (labai atskiestuose tirpaluose, lygiaverčių koncentracijai) matas tirpale, kiekybiškai išreiškiantis jo rūgštingumą. Vandenilio jonų aktyvumo dešimtainiam logaritmui, kuris išreiškiamas moliais litre, yra lygus dydžiui ir priešingas ženklu:
PH vertės istorija.
Koncepcija pH vertė pristatė danų chemikas Sørensenas 1909 m. Rodiklis vadinamas pH (pagal pirmąsias lotyniškų žodžių raides potentia hydrogeni- vandenilio stiprumas arba pondus hydrogeni- vandenilio masė). Chemijoje, derinys pX paprastai reiškia kiekį, kuris yra lygus žurnalas X, ir laiškas Hšiuo atveju žymi vandenilio jonų koncentraciją ( H+), arba, tiksliau, termodinaminis hidronio jonų aktyvumas.
Lygtys, susijusios su pH ir pOH.
Rodyti pH vertę.
25 °C temperatūros gryname vandenyje vandenilio jonų koncentracija ([ H+]) ir hidroksido jonai ([ Oi− ]) yra vienodi ir lygūs 10 −7 mol/l, tai aiškiai išplaukia iš joninio vandens produkto apibrėžimo, lygaus [ H+] · [ Oi− ] ir lygus 10 −14 mol²/l² (esant 25 °C).
Jei dviejų tipų jonų koncentracijos tirpale yra vienodos, vadinasi, tirpalo reakcija yra neutrali. Įpilant į vandenį rūgšties, vandenilio jonų koncentracija didėja, o hidroksido jonų koncentracija mažėja, priešingai, padidėja hidroksido jonų kiekis, o vandenilio jonų koncentracija mažėja. Kai [ H+] > [Oi− ] sakoma, kad tirpalas pasirodo rūgštus, o kai [ Oi − ] > [H+] – šarminis.
Kad būtų patogiau įsivaizduoti, atsikratyti neigiamo eksponento, vietoj vandenilio jonų koncentracijų naudokite jų dešimtainį logaritmą, kuris paimamas su priešingu ženklu, kuris yra vandenilio eksponentas - pH.
Tirpalo šarmiškumo rodiklis pOH.
Reversas yra šiek tiek mažiau populiarus pH vertė - tirpalo baziškumo indeksas, pOH, kuris yra lygus jonų koncentracijos tirpale dešimtainiam logaritmui (neigiamam). Oi − :
kaip ir bet kuriame vandeniniame tirpale 25 °C temperatūroje, o tai reiškia, kad šioje temperatūroje:
pH vertės įvairaus rūgštingumo tirpaluose.
- Priešingai populiariam įsitikinimui, pH gali svyruoti už diapazono nuo 0 iki 14, taip pat gali viršyti šias ribas. Pavyzdžiui, esant vandenilio jonų koncentracijai [ H+] = 10–15 mol/l, pH= 15, kai hidroksido jonų koncentracija yra 10 mol/l pOH = −1 .
Nes 25 °C temperatūroje (standartinės sąlygos) [ H+] [Oi − ] = 10 −14 , tada aišku, kad esant tokiai temperatūrai pH + pHOH = 14.
Nes rūgštiniuose tirpaluose [ H+] > 10 −7 , tai reiškia, kad rūgštiniams tirpalams pH < 7, соответственно, у щелочных растворов pH > 7 , pH neutralūs tirpalai lygūs 7. Esant aukštesnei temperatūrai, padidėja vandens elektrolitinės disociacijos konstanta, vadinasi, padidėja vandens joninis produktas, tada jis bus neutralus pH= 7 (tai atitinka tuo pačiu metu padidėjusias koncentracijas kaip H+, taip Oi−); mažėjant temperatūrai, priešingai, neutralus pH didėja.
PH vertės nustatymo metodai.
Yra keli vertės nustatymo metodai pH sprendimus. Vandenilio indeksas apytiksliai apskaičiuojamas naudojant indikatorius, išmatuotas tiksliai naudojant pH-metras arba nustatomas analitiniu būdu, titruojant rūgščių-šarmų titravimą.
- Jis dažnai naudojamas apytikriam vandenilio jonų koncentracijos įvertinimui rūgščių-šarmų rodikliai- organinės dažų medžiagos, kurių spalva priklauso nuo pH aplinką. Populiariausi indikatoriai: lakmusas, fenolftaleinas, metilo apelsinas (metilo apelsinas) ir kt. Rodikliai gali būti dviejų skirtingų spalvų formų – rūgštinių arba bazinių. Visų rodiklių spalva keičiasi savo rūgštingumo diapazone, dažnai 1-2 vienetais.
- Norėdami padidinti darbinio matavimo intervalą pH taikyti universalus indikatorius, kuris yra kelių rodiklių mišinys. Universalus indikatorius nuosekliai keičia spalvą nuo raudonos iki geltonos, žalios, mėlynos iki violetinės, kai pereina iš rūgštinės srities į šarminę. Apibrėžimai pH naudojant indikatoriaus metodą sunku drumstiems ar spalvotiems tirpalams.
- Naudojant specialų įrenginį - pH-metras - leidžia išmatuoti pH platesniu diapazonu ir tiksliau (iki 0,01 vnt pH), nei naudojant rodiklius. Jonometrinis nustatymo metodas pH yra pagrįsta galvaninės grandinės EMF matavimu milivoltmetru-jonometru, kuriame yra stiklinis elektrodas, kurio potencialas priklauso nuo jonų koncentracijos H+ aplinkiniame tirpale. Metodas yra labai tikslus ir patogus, ypač sukalibravus indikatoriaus elektrodą pasirinktame diapazone pH, kuri leidžia išmatuoti pH nepermatomi ir spalvoti tirpalai, todėl dažnai naudojami.
- Analitinis tūrinis metodas — rūgščių-šarmų titravimas— taip pat pateikia tikslius rezultatus nustatant tirpalų rūgštingumą. Į tiriamą tirpalą lašinamas žinomos koncentracijos tirpalas (titrantas). Kai jie sumaišomi, įvyksta cheminė reakcija. Ekvivalentiškumo taškas – momentas, kai yra tiksliai pakankamai titranto reakcijai užbaigti – registruojamas indikatoriumi. Po to, jei žinoma įpilto titruojančio tirpalo koncentracija ir tūris, nustatomas tirpalo rūgštingumas.
- pH:
0,001 mol/l HCl 20 °C temperatūroje turi pH=3, 30 °C temperatūroje pH = 3,
0,001 mol/l NaOH 20 °C temperatūroje turi pH=11,73, 30 °C temperatūroje pH = 10,83,
Temperatūros įtaka reikšmėms pH paaiškinama skirtinga vandenilio jonų disociacija (H +) ir nėra eksperimentinė klaida. Temperatūros efekto negalima kompensuoti elektroniniu būdu pH- metras.
PH vaidmuo chemijoje ir biologijoje.
Aplinkos rūgštingumas yra svarbus daugeliui cheminių procesų, o konkrečios reakcijos atsiradimo galimybė ar rezultatas dažnai priklauso nuo pH aplinką. Norėdami išlaikyti tam tikrą vertę pH reakcijos sistemoje, atliekant laboratorinius tyrimus ar gaminant, naudojami buferiniai tirpalai, leidžiantys išlaikyti beveik pastovią vertę pH kai skiedžiamas arba į tirpalą įdedama nedideli kiekiai rūgšties ar šarmo.
pH vertė pH dažnai naudojamas įvairių biologinių terpių rūgščių-šarmų savybėms apibūdinti.
Biocheminėms reakcijoms didelę reikšmę turi gyvose sistemose vykstančios reakcijos terpės rūgštingumas. Vandenilio jonų koncentracija tirpale dažnai turi įtakos baltymų ir nukleorūgščių fizikinėms ir cheminėms savybėms bei biologiniam aktyvumui, todėl normaliai organizmo veiklai palaikyti rūgščių-šarmų homeostazę yra išskirtinės svarbos uždavinys. Dinaminė priežiūra optimaliai pH biologiniai skysčiai pasiekiami veikiant organizmo buferinėms sistemoms.
Žmogaus organizme skirtinguose organuose pH vertė skiriasi.
|
Kai kurios reikšmės pH. |
|
|
Medžiaga |
|
|
Elektrolitas švino akumuliatoriuose |
|
|
Skrandžio sultys |
|
|
Citrinų sultys (5% citrinos rūgšties tirpalas) |
|
|
Maistinis actas |
|
|
Coca-Cola |
|
|
Obuolių sultys |
|
|
Sveika oda |
|
|
Rūgštus lietus |
|
|
Geriamasis vanduo |
|
|
Grynas vanduo 25 °C temperatūroje |
|
|
jūros vandens |
|
|
Muilas (riebalai) rankoms |
|
|
Amoniakas |
|
|
Baliklis (baliklis) |
|
|
Koncentruoti šarmų tirpalai |
|
Šioje skiltyje esančius straipsnius galima atsisiųsti Word formatu (tekstas ir paveikslėliai) ir Excel formatu (tekstas, paveikslėliai, darbiniai skaičiavimų fragmentai)
Tačiau jei vis tiek nepatinka naudoti ankstesnėje pamokoje aptartus paveikslėlius, tuomet galite pasiūlyti trumpas programas, kurios veikia diapazone NaCl = 0--500 μg/kg ir t = 10--50 oC su ekstrapoliacijos klaida. iki 2 μg/kg, paverčiant natriu, o tai yra daug mažiau nei paties matavimo paklaida. Šias programas rasite Fragment.xls faile, jos turi tokią lentelės formą:
NaCl sąlytyje su oru:
Jei anglies dvideginio kiekis patalpos ore yra didesnis nei apskaičiuota, tada pagal šiuos fragmentus apskaičiuota NaCl koncentracija bus pervertinta.
Dabar apie mūsų duomenų kokybę. Visada saugokite savo pirminę informaciją. Jei užregistravote prietaiso rodmenis – elektrinį laidumą arba pH – užsirašykite matuojamo tirpalo temperatūrą. Norėdami nustatyti pH, nurodykite, ar temperatūros kompensatorius buvo įjungtas matavimo metu, ir paprastai peržiūrėkite įrenginio instrukcijas, kad sužinotumėte, ką jis daro, kai mėginio temperatūra nukrypsta nuo standartinės temperatūros. Kai nustatote pH, laidumą arba hidrato šarmingumą mėginyje, ypač mėginyje, kuriame pradinis didelis anglies dioksido kiekis, atminkite, kad jūsų mėginys nebėra toks pat, kaip tada, kai buvo paimtas. Iš mėginio į orą jau pateko nežinomas anglies dioksido kiekis arba atvirkščiai.
Kartą jie paskambino iš Vinicos ir paklausė, kaip reguliuoti pH pagal temperatūrą. Tai gali būti tai, ką reikėtų padaryti vietoje, arba ne. Bet kuriuo atveju užrašykite pradinį mėginio pH ir temperatūrą bei pateikite atskirą stulpelį pakoreguotai pH vertei.
Dabar apie tai, kaip sureguliuoti pH. Bijau, kad net šimtas išminčių negali atsakyti į šį „paprastą“ klausimą bendrai. Pavyzdžiui, taip atrodo visiškai gryno vandens pH priklausomybė nuo temperatūros.
Tas pats, bet liečiantis su oru:
Tačiau šių dviejų grafikų pH pataisymas pagal temperatūrą pasirodė esąs toks pat:
Šių grafikų perėjimas nuo išmatuoto pHt prie pH, kai t = 25 °C, gali būti atliktas naudojant formulę:
Griežtesnis metodas būtų imti ne 1 ir 3 mg/l laisvo anglies dioksido, o 1 ir 3 mg/l viso (nesijungusio ir disocijuoto) anglies dioksido. Jei norite, šį fragmentą rasite 4 lape, tačiau šio fragmento rezultatai labai nesiskirs nuo pateiktų šiame lape.
Nepamirškite, kad anglies dioksido fragmentai pateikiami atsižvelgiant į vandenis, kuriuose, be anglies dioksido, nėra šarmų ar rūgščių ir ypač amoniako. Taip nutinka tik kai kuriose šiluminėse elektrinėse su vidutinio slėgio katilais.
Temos studijų tikslai:
- dalyko rezultatai: išstudijuojamos sąvokos „elektrolitinė disociacija“, „elektrolitinės disociacijos laipsnis“, „elektrolitas“, plėtojamos žinios apie vandenilio indeksą, ugdomi darbo su medžiagomis įgūdžiai, remiantis saugos taisyklių laikymusi;
- metadalyko rezultatai: ugdyti gebėjimus atlikti eksperimentus naudojant skaitmeninę įrangą (gaunant eksperimentinius duomenis), apdoroti ir pristatyti gautus rezultatus;
- asmeniniai rezultatai: ugdomi mokomojo tyrimo, pagrįsto laboratorinio eksperimento, įgūdžių ugdymas.
Projekto „pH ir temperatūra“ panaudojimo galimybė
1. Darbas su projektu prisideda prie susidomėjimo nagrinėti teorinę temą „Elektrolitinės disociacijos teorija“, kuri yra sunki tokiam amžiui (13-14 m.). Šiuo atveju, nustatydami pH, studentai nustato ryšį tarp rūgšties disociacijos laipsnio ir tirpalo temperatūros. Darbas su sodos tirpalu yra propedeutinio pobūdžio 8 klasėje ir leidžia grįžti prie projekto rezultatų 9 klasėje (užklasinė veikla), 11 klasėje (bendrasis kursas), studijuojant druskų hidrolizę.
2. Reagentų (citrinų rūgšties, geriamosios sodos) ir įrangos (nesant skaitmeninių pH jutiklių galima naudoti indikatorinį popierių) tyrimams prieinamumas.
3. Eksperimentinės metodikos patikimumas užtikrina sklandžią darbų eigą, garantuotą nuo trikdžių ir metodinių gedimų.
4. Eksperimento saugumas.
Instrumentinis skyrius
Įranga:
1) skaitmeninis pH jutiklis arba laboratorinis pH matuoklis, lakmuso popierėlis ar kitas rūgštingumo indikatorius;
2) alkoholio termometras (nuo 0 iki 50 0С) arba skaitmeninis temperatūros jutiklis;
3) citrinos rūgštis (1 arbatinis šaukštelis);
4) soda (1 arbatinis šaukštelis);
5) distiliuotas vanduo (300 ml);
6) indas vandens voniai (aliuminis arba emaliuotas indas ar dubuo), tirpalus galima atvėsinti šalto vandens ar sniego srove, šildyti karštu vandeniu;
7) 50-100 ml talpos stiklinės su įmaltu dangteliu (3 vnt.).
1 pamoka. Problemos pareiškimas
Pamokos planas:
1. Sąvokų „elektrolitinė disociacija“, „elektrolitinės disociacijos laipsnis“, „elektrolitas“ aptarimas.
2. Problemos pareiškimas. Planuoja instrumentinį eksperimentą.
Veiklos turinys
Mokytojų veikla
1. Organizuoja sąvokų „elektrolitinė disociacija“, „elektrolitinės disociacijos laipsnis“, „elektrolitas“ aptarimą. Klausimai:
– Kokios yra elektrolitų rūšys?
– Koks elektrolitinės disociacijos laipsnis?
- Kokia forma rašoma disociacijos lygtis stipriems (naudojant sieros rūgšties, aliuminio sulfato pavyzdį) ir silpniems elektrolitams (naudojant acto rūgšties pavyzdį)?
– Kaip tirpalo koncentracija veikia disociacijos laipsnį?
Atsakymą galima aptarti naudojant praskiestų ir koncentruotų acto rūgšties tirpalų pavyzdį. Jei įmanoma nustatyti elektrinį laidumą, galima parodyti skirtingą acto esencijos ir stalo acto elektrinį laidumą
Suvokti naują informaciją tema. Idėjų apie disociacijos laipsnį, susiformavusių chemijos pamokose, kūrimas.
Įvertinti temos supratimo išsamumą. Gebėjimas analizuoti klausimo supratimą Reguliavimas
Mokytojų veikla
2. Organizuoja instrumentinio eksperimento planavimą ir parengimą:
- susipažinimas su informacija iš projekto „pH ir temperatūra“;
- projekto tikslo, hipotezės aptarimas;
- darbo grupių organizavimas (trys grupės);
- įrangos paruošimas
Atlikti veiksmai Suformuoti veiklos metodai Mokinių veikla
Suvokti informaciją apie saugos taisykles dirbant su rūgštimis (citrinų rūgštimi) Būtinybės laikytis saugos taisyklių sampratos kūrimas Kognityvinis
Išsiaiškinti, kas lieka neaišku Gebėjimas suformuluoti klausimą tema Komunikacinis
Įvertinti darbo su projektu metodikos supratimo išsamumą. Gebėjimas analizuoti problemos supratimą.
2 pamoka. Eksperimento vykdymas
Pamokos planas:
1. Pasiruošimas skaitmeninių pH ir temperatūros jutiklių veikimui.
2. pH priklausomybės nuo temperatūros tyrimas:
1 grupė: citrinų rūgšties tirpalo pH matavimas esant 10 0C, 25 0C, 40 0C;
2 grupė: kepimo sodos tirpalo pH matavimas esant 10 0C, 25 0C, 40 0C;
3 grupė: distiliuoto vandens pH matavimas esant 10 0C, 25 0C, 40 0C.
3. Pirminė gautų rezultatų analizė. GlobalLab projekto anketų pildymas.
Mokytojų veikla
1. Kiekvienai mokinių grupei organizuoja darbo vietas:
- paaiškina, kaip atvėsinti tirpalus, o po to palaipsniui juos šildyti ir atlikti temperatūros bei pH matavimus;
- atsako į studentų klausimus
Atlikti veiksmai Suformuoti veiklos metodai Mokinių veikla
Suvokti informaciją remiantis veikimo metodais Idėjų apie skaitmeninių jutiklių veikimą kūrimas Kognityvinis
Išsiaiškinti, kas lieka neaišku Gebėjimas suformuluoti klausimą tema Komunikacinis
Įvertinti projekto darbo supratimo išsamumą. Gebėjimas analizuoti klausimo supratimą Reguliavimas
Mokytojų veikla
2. Organizuoja mokinių darbą grupėse. Mokytojas stebi darbo eigą grupėse, atsako į galimus mokinių klausimus, stebi, kaip lentoje pildoma tyrimo rezultatų lentelė
Atlikti veiksmai Suformuoti veiklos metodai Mokinių veikla
1. Prijunkite skaitmeninius jutiklius prie kompiuterio.
2. Paruoškite sprendimus:
1 grupė - citrinų rūgštis;
2 grupė - kepimo soda;
3 grupė - distiliuotas vanduo.
3. Tirpalus atvėsinkite ir išmatuokite pH esant 10 0C.
4. Tirpalai palaipsniui kaitinami ir pH matuojamas esant 25 0C ir 40 0C.
5. Matavimo rezultatai įrašomi į bendrą lentelę, kuri nubraižoma ant lentos (patogus aptarimui) Įgūdžių, atliekančių instrumentinį tyrimą, formavimas Kognityvinis
Darbas grupėse Ugdomasis bendradarbiavimas grupėse Komunikabilus
Jie dirba su bendra problema, įvertina atlikto darbo tempą ir išsamumą. Gebėjimas analizuoti savo veiksmus ir juos ištaisyti, remiantis bendru visos klasės darbu
Mokytojų veikla
3. Organizuoja pirminę tyrimo rezultatų analizę. Organizuoja studentų darbą, pildant GlobalLab projekto „pH ir temperatūra“ anketas.
Atlikti veiksmai Suformuoti veiklos metodai Mokinių veikla
Susipažinti su kitų grupių darbo rezultatais Idėjų apie pH priklausomybę nuo temperatūros formavimas Kognityvinis
Užduokite klausimus kitų grupių atstovams Ugdomasis bendradarbiavimas su klasės draugais. Žodinės kalbos raida Komunikacinis
Analizuoti savo darbo rezultatus, užpildyti projekto anketą Gebėjimas analizuoti savo veiksmus ir pristatyti savo darbo rezultatus Normatyvinis
Pamoka Nr.3. Gautų rezultatų analizė ir pristatymas
Veiklos turinys
1. Rezultatų pristatymas: mokinių pasirodymai.
2. Projektų, kuriuose naudojami skaitmeniniai pH jutikliai, dalyviams reikšmingų išvadų aptarimas.
Mokytojų veikla
1. Organizuoja mokinių pasirodymus. Palaiko garsiakalbius. Padaro išvadą apie darbą su projektu, dėkoja visiems dalyviams
Atlikti veiksmai Suformuoti veiklos metodai Mokinių veikla
Pristatykite savo veiklos rezultatus, išklausykite kurso draugų pasisakymus Idėjų formavimas apie projekto rezultatų pristatymo formą Pažinimas
Dalyvaukite kalbų diskusijoje su klasės draugais. Žodinės kalbos raida Komunikacinis
Analizuoti savo darbo rezultatus, komentuoti bendraklasių pasisakymus Gebėjimas analizuoti savo ir kitų žmonių darbo rezultatus
Mokytojų veikla
2. Organizuoja projekte pateikto klausimo „Kaip elgsis tirpalo pH, jei jis bus vėsinamas ar šildomas? Kodėl mokslininkai bando matuoti pH toje pačioje temperatūroje ir kokią išvadą iš to turėtų padaryti projekto „GlobalLab“ dalyviai?
Rengia rezultatų, patvirtinančių arba paneigiančių projekto hipotezę „Kintantis tirpalų temperatūrai, kinta ištirpusių rūgščių ir šarmų disociacijos konstanta ir atitinkamai pH vertė“, aptarimą.
Atlikti veiksmai Suformuoti veiklos metodai Mokinių veikla
Aptarkite ryšį tarp tirpalo pH ir temperatūros Idėjų apie elektrolitinės disociacijos laipsnį kūrimas Kognityvinis
Išreikškite savo mintis apie projekto hipotezę ir suformuluokite išvadą Mokymasis bendradarbiauti su klasės draugais. Žodinės kalbos raida Komunikacinis
Įvertinti projekto hipotezę pagal gautus rezultatus Gebėjimas įvertinti hipotezę remiantis jau gautais rezultatais ir suformuluoti išvadą
pH vertė (pH faktorius) yra vandenilio jonų aktyvumo tirpale matas, kiekybiškai išreiškiantis jo rūgštingumą. Kai pH nėra optimalus, augalai pradeda prarasti gebėjimą įsisavinti kai kuriuos elementus, reikalingus sveikam augimui. Visi augalai turi specifinį pH lygį, leidžiantį pasiekti maksimalių rezultatų augant. Dauguma augalų renkasi šiek tiek rūgščią augimo aplinką (5,5–6,5).
Vandenilio indeksas formulėse
Labai atskiestuose tirpaluose pH vertė yra lygi vandenilio jonų koncentracijai. Dydis yra lygus vandenilio jonų aktyvumo dešimtainiam logaritmui, o ženklas priešingas, išreikštas moliais litre:
pH = -lg
Standartinėmis sąlygomis pH reikšmė svyruoja nuo 0 iki 14. Gryname vandenyje, esant neutraliam pH, H + koncentracija lygi OH - koncentracijai ir yra 1·10 -7 mol litre. Didžiausia galima pH vertė apibrėžiama kaip pH ir pOH suma ir yra lygi 14.
Priešingai populiariems įsitikinimams, pH gali svyruoti ne tik nuo 0 iki 14, bet ir peržengti šias ribas. Pavyzdžiui, kai vandenilio jonų koncentracija = 10 −15 mol/l, pH = 15, kai hidroksido jonų koncentracija 10 mol/l pOH = −1.
Svarbu suprasti! PH skalė yra logaritminė, tai reiškia, kad kiekvienas vieneto pokytis lygus dešimteriopai vandenilio jonų koncentracijos pokyčiui. Kitaip tariant, tirpalas, kurio pH yra 6, yra dešimt kartų rūgštesnis nei tirpalas, kurio pH yra 7, o tirpalas, kurio pH yra 5, bus dešimt kartų rūgštesnis nei tirpalas, kurio pH yra 6, ir šimtą kartų rūgštesnis už tirpalą, kurio pH yra 7. 7. Tai reiškia, kad kai reguliuojate savo maistinio tirpalo pH ir jums reikia pakeisti pH dviem taškais (pavyzdžiui, nuo 7,5 iki 5,5), turite naudoti dešimt kartų daugiau pH reguliatoriaus nei tuo atveju, jei pakeistumėte pH tik vienas taškas (nuo 7,5 iki 6,5).
PH vertės nustatymo metodai
Tirpalų pH vertei nustatyti plačiai naudojami keli metodai. PH vertę galima apytiksliai įvertinti naudojant indikatorius, tiksliai išmatuoti pH matuokliu arba nustatyti analitiškai, atliekant rūgščių-šarmų titravimą.
Rūgščių-šarmų rodikliai
Apytiksliai vandenilio jonų koncentracijai įvertinti plačiai naudojami rūgščių-šarmų indikatoriai – organinės dažų medžiagos, kurių spalva priklauso nuo terpės pH. Labiausiai žinomi rodikliai yra lakmusas, fenolftaleinas, metilo apelsinas (metilo apelsinas) ir kt. Rodikliai gali būti dviejų skirtingų spalvų formų – rūgštinių arba šarminių. Kiekvieno indikatoriaus spalvos pasikeitimas vyksta savo rūgštingumo intervale, dažniausiai 1-2 vienetai.
Universalus indikatorius
Norint išplėsti pH matavimų darbinį diapazoną, naudojamas vadinamasis universalus indikatorius, kuris yra kelių indikatorių mišinys. Universalus indikatorius nuosekliai keičia spalvą nuo raudonos iki geltonos, žalios, mėlynos iki violetinės, kai pereina iš rūgštinės į bazinę sritį.
Tokių mišinių tirpalai – „universalūs indikatoriai“ – dažniausiai impregnuojami „indikatoriaus popieriaus“ juostelėmis, kurių pagalba galima greitai (pH vienetų ar net dešimtųjų pH tikslumu) nustatyti vandeninių tirpalų rūgštingumą. tiriamas. Tikslesniam nustatymui indikatoriaus popieriaus spalva, gauta užlašinus tirpalo lašą, iš karto lyginama su etalonine spalvų skale, kurios išvaizda pateikta paveikslėliuose.
Drumstiems arba spalvotiems tirpalams pH nustatyti indikatoriniu metodu sunku.
Atsižvelgiant į tai, kad optimalios maistinių medžiagų tirpalų pH vertės hidroponikoje yra labai siauros (dažniausiai nuo 5,5 iki 6,5), aš taip pat naudoju kitus rodiklių derinius. Pavyzdžiui, mūsų darbinis diapazonas ir skalė nuo 4,0 iki 8,0, todėl toks testas yra tikslesnis, palyginti su universaliu indikatoriniu popieriumi.
pH matuoklis
Specialaus prietaiso – pH matuoklio – naudojimas leidžia išmatuoti pH platesniu diapazonu ir tiksliau (iki 0,01 pH vieneto) nei naudojant universalius indikatorius. Metodas yra patogus ir labai tikslus, ypač sukalibravus indikatorinį elektrodą pasirinktame pH diapazone. Leidžia išmatuoti nepermatomų ir spalvotų tirpalų pH, todėl yra plačiai naudojamas.
Analitinis tūrinis metodas
Analitinis tūrinis metodas – rūgščių-šarmų titravimas – taip pat suteikia tikslius rezultatus tirpalų rūgštingumui nustatyti. Į tiriamąjį tirpalą lašinamas žinomos koncentracijos tirpalas (titrantas). Jas sumaišius, vyksta cheminė reakcija. Ekvivalentiškumo taškas – momentas, kai yra tiksliai pakankamai titranto reakcijai visiškai užbaigti – registruojamas indikatoriumi. Toliau, žinant įpilto titruojančio tirpalo koncentraciją ir tūrį, apskaičiuojamas tirpalo rūgštingumas.
Temperatūros įtaka pH vertėms
PH vertė gali keistis plačiame diapazone keičiantis temperatūrai. Taigi 0,001 molio NaOH tirpalo 20°C temperatūroje pH=11,73, o 30°C temperatūroje – 10,83. Temperatūros įtaka pH vertėms paaiškinama skirtinga vandenilio jonų (H +) disociacija ir nėra eksperimentinė klaida. Temperatūros efekto negali kompensuoti pH matuoklio elektronika.
Maistinio tirpalo pH reguliavimas
Maistinio tirpalo parūgštinimas
Maistinį tirpalą dažniausiai reikia parūgštinti. Augalams įsisavinus jonus, tirpalas palaipsniui šarminamas. Bet kokį tirpalą, kurio pH yra 7 ar didesnis, dažniausiai reikia sureguliuoti iki optimalaus pH. Maitinimo tirpalui parūgštinti galima naudoti įvairias rūgštis. Dažniausiai naudojama sieros arba fosforo rūgštis. Geresnis sprendimas hidroponiniams tirpalams yra buferiniai priedai, tokie kaip ir. Šie produktai ne tik padidina pH vertes iki optimalaus lygio, bet ir stabilizuoja vertes ilgą laiką.
Reguliuojant pH tiek rūgštimis, tiek šarmais, reikia mūvėti gumines pirštines, kad nesukeltumėte odos nudegimų. Patyręs chemikas sumaniai elgiasi su koncentruota sieros rūgštimi, lašas po lašo įpila rūgštį į vandenį. Tačiau pradedantiesiems hidroponistams galbūt geriau kreiptis į patyrusį chemiką ir paprašyti paruošti 25% sieros rūgšties tirpalą. Pridedant rūgšties tirpalas maišomas ir nustatomas jo pH. Kai žinote apytikslį sieros rūgšties kiekį, galite ją įpilti iš graduoto cilindro.
Sieros rūgšties reikia pilti mažomis porcijomis, kad per daug neparūgštintų tirpalas, kurį vėliau teks vėl šarminti. Nepatyrusiam darbuotojui rūgštinimas ir šarminimas gali tęstis neribotą laiką. Be laiko ir reagentų švaistymo, toks reguliavimas išbalansuoja maistinių medžiagų tirpalą, nes kaupiasi augalams nereikalingi jonai.
Maistinio tirpalo šarminimas
Per rūgštūs tirpalai šarminami natrio hidroksidu (natrio hidroksidu). Kaip rodo jo pavadinimas, tai yra šarminė medžiaga, todėl būtina mūvėti gumines pirštines. Natrio hidroksidą rekomenduojama įsigyti tablečių pavidalu. Buitinės chemijos parduotuvėse natrio hidroksido galima įsigyti kaip vamzdžių valikliu, pavyzdžiui, „Mole“. Vieną tabletę ištirpinkite 0,5 litro vandens ir palaipsniui maišydami įpilkite šarminį tirpalą į maistinį tirpalą, dažnai tikrindami jo pH. Jokie matematiniai skaičiavimai negali nustatyti, kiek rūgšties ar šarmo reikia pridėti tam tikru atveju.
Jei norite viename dėkle auginti kelis augalus, juos reikia parinkti taip, kad sutaptų ne tik optimalus jų pH, bet ir kitų augimo faktorių poreikiai. Pavyzdžiui, geltoniesiems narcizams ir chrizantemoms reikalingas 6,8 pH, bet skirtingas drėgmės lygis, todėl jų negalima auginti tame pačiame dėkle. Jei narcizams suteiksite tiek pat drėgmės, kiek ir chrizantemoms, narcizų svogūnėliai supūs. Eksperimentų metu rabarbarai pasiekė maksimalų išsivystymą esant pH 6,5, bet galėjo augti net esant 3,5 pH. Avižos, kurios teikia pirmenybę maždaug 6 pH, duoda gerą derlių, kai pH yra 4, jei azoto dozė maistiniame tirpale yra labai padidinta. Bulvės auga gana plačiame pH diapazone, tačiau geriausiai auga esant 5,5 pH. Žemiau šio pH taip pat gaunamas didelis gumbų derlius, tačiau jie įgauna rūgštų skonį. Norint gauti maksimalų aukštos kokybės derlių, maistinių tirpalų pH turi būti tiksliai sureguliuotas.
Prieš naudojant elektrodus pirmą kartą, jie turi būti sukalibruoti. Šiuo tikslu yra specialūs kalibravimo tirpalai, kurie yra buferiniai iki tam tikrų pH verčių. Buferis veikia taip, kad nedidelis vandens kiekis, kai elektrodas panardinamas, netrukdo kalibruoti. Kalibravimo tikslas yra pritaikyti elektrodo paklaidą, susijusią su gamyba ir naudojimu, iki tam tikrų verčių. Šiuo atveju reikėtų atsižvelgti į dvi klaidas: nulinio taško nuokrypį ir klaidos „nuolydį“.
Abi klaidos lemia bendrą matavimo paklaidą. Todėl reikia sukalibruoti du taškus, kad būtų galima ištaisyti abi matavimo paklaidas.
Nulinio taško klaida. Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta matavimo kreivė ir atskaitos kreivė. Šiame pavyzdyje matavimo kreivė aiškiai nukrypsta nuo atskaitos kreivės, kai pH 7, t.y. neutraliame taške aptinkame akivaizdžią nulinio taško paklaidą, kuri turi būti pašalinta. Pirmiausia elektrodai įvedami į pH 7 kalibravimo tirpalą. Svarbu, kad stiklinė membrana ir diafragma būtų bent panardintos į tirpalą. Mūsų pavyzdyje išmatuota vertė yra didesnė už reikalaujamą vertę, todėl skiriasi nuo vardinės vertės. Kintamos varžos potenciometras sureguliuoja išmatuotą vertę iki teisingos vertės. Tokiu atveju visa matavimo kreivė lygiagrečiai pasislenka nulinio taško paklaida taip, kad ji tiksliai eitų per neutralų tašką. Taigi, matavimo prietaisas yra nustatytas į nulinį tašką ir yra paruoštas naudoti.
Norint kalibruoti pH elektrodus, pirmiausia reikia nustatyti nulinį tašką
Nuolydžio klaida. Sukalibravus nulinį tašką, gauname situaciją, pavaizduotą gretimame paveikslėlyje. Nulis nustatomas tiksliai, tačiau išmatuotoje vertėje vis dar yra didelė paklaida, nes nuolydžio taškas dar nenustatytas. Dabar parenkamas kalibravimo tirpalas, kurio pH vertė skiriasi nuo 7. Dažniausiai naudojami buferiniai tirpalai, kurių pH yra nuo 4 iki 9. Elektrodas panardinamas į antrą buferinį tirpalą ir nustatomas nuolydžio nuokrypis nuo vardinės (standartinės) vertės. naudojant potenciometrą. Ir tik dabar matavimo kreivė sutampa su reikiama kreive; prietaisas sukalibruotas.
Jei nustatytas nulinis taškas, turi būti nustatyta antra santykinė reikšmė – nuolydis
Temperatūros poveikis. PH vertės pokyčiams įtakos turi vandens temperatūra. Tačiau neaišku, ar mūsų matavimo priemonėse būtinas temperatūros kompensavimas. Šalia esančioje lentelėje rodomos pH vertės kaip temperatūros funkcija, kai prietaisas kalibruotas 20°C temperatūroje. Pažymėtina, kad mus dominančių temperatūrų ir pH verčių matavimo paklaida dėl temperatūros nukrypimų ribojama iki antrojo skaičiaus po kablelio. Todėl tokia matavimo paklaida akvariumininkams neturi praktinės reikšmės ir temperatūros kompensavimas nereikalingas. Kartu su grynai matavimo pobūdžio nuokrypiais, pagrįstais skirtingomis elektrodų įtampomis, reikia turėti omenyje kalibruotų tirpalų temperatūrų nuokrypius, kurie pateikti gretimoje lentelėje.
Čia matome, kad šie nuokrypiai yra santykinai nedideli ir sudaro ne daugiau kaip ±2%.
Išmatuotų pH verčių nuokrypis priklausomai nuo temperatūros
| pH vertė | ||||||
| 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| 0 °C | 3,78 | 4,85 | 5,93 | 7,00 | 8,07 | 9,15 |
| 5°C | 3,84 | 4,89 | 5,95 | 7,00 | 8,05 | 9,11 |
| 10°C | 3,89 | 4,93 | 5,96 | 7,00 | 8,04 | 9,07 |
| 15 °C | 3,95 | 4,97 | 5,98 | 7,00 | 8,02 | 9,03 |
| 20°C | 4,00 | 5,00 | 6,00 | 7,00 | 8,00 | 9,00 |
| 25 °C | 4,05 | 5,03 | 6,02 | 7,00 | 7,98 | 8,97 |
| 30°C | 4,10 | 5,07 | 6,03 | 7,00 | 7,97 | 8,93 |
| 35°C | 4,15 | 5,10 | 6,05 | 7,00 | 7,95 | 8,90 |
Temperatūros priklausomybė nuo buferinių tirpalų
| Temperatūra °C | pH vertė | Nuokrypis % | pH vertė | Nuokrypis % | pH vertė | Nuokrypis % |
| 5 | 4,01 | 0,25 | 7,07 | 1,00 | 9,39 | 1,84 |
| 10 | 4,00 | 0,00 | 7,05 | 0,71 | 9,33 | 1,19 |
| 15 | 4,00 | 0,00 | 7,03 | 0,43 | 9,27 | 0,54 |
| 20 | 4,00 | 0,00 | 7,00 | 0,00 | 9,22 | 0,00 |
| 25 | 4,01 | 0,25 | 7,00 | 0,00 | 9,18 | -0,43 |
| 30 | 4,01 | 0,25 | 6,97 | -0,43 | 9,14 | -0,87 |
| 35 | 4,02 | 0,50 | 6,96 | -0,57 | 9,10 | -1,30 |
Kontrolė. Kontrolei rekomenduojama dar kartą panardinti elektrodus į buferinį tirpalą, kurio pH 7, ir patikrinti, ar reikšmės sutampa. Jei elektrodo pH vertė atitinka matavimo prietaisą, jis gali būti naudojamas vandens mėginiams matuoti. Jei yra asmeninių nusiskundimų dėl tikslumo, kalibravimą reikia pakartoti per nurodytą laiką. Kaip rekomendacija gali būti pasiūlyta viena ar dvi savaitės. Kalibruodami pH elektrodus taip pat turėtumėte atkreipti dėmesį į tai, kaip greitai prietaiso pH vertė artėja prie buferinio tirpalo pH vertės.
Įkeliama...