Методы определения рН растворов

Для определения величины рН водных растворов используют индикаторный или ионометрический метод.

Индикаторный метод применяется в том случае,когда не­обходимо быстро приблизительно оценить кислотность раствора. Индикаторным методом невозможно определить рН мутных и окрашенных растворов.

Ионометрический метод позволяет определить кислотность растворов с большей точностью (0,01 единицы рН), причём и мутных, и окра­шенных и любых других водных растворов.

Индикаторный метод основан на применении кислотно-основных индикаторов – веществ, изменяющих свою окраску в зависимости от рН среды. Кислотно-основные индикаторы представляют собой слабые органические кислоты (или основания), у которых цвет нейтральной (неионизированной) и заряженной (ионизирован­ной) форм различен, а диссоциация протекает по уравнению:

НInd		Ind– + Н+
нейтральная форма, окраска 1	Смесь обеих форм, переходная окраска	заряженная форма, окраска 2
(при рН < рКа – 1)	(ΔрН = рКа ± 1)	(при рН > рКа + 1)

 

Поведение индикатора как слабого электролита подчиняется закономерностям влияния общего иона Н⁺. Чем больше концен­трация водородных ионов, тем больше смещено равновесие в направлении образования молекул Hind, и раствор имеет окра­ску, соответствующую нейтральной форме индикатора. С умень­шением концентрации ионов Н⁺ увеличивается концентрация иони­зованной формы, и раствор приобретает окраску ионизированной формы Ind^–.

Интервал между двумя значениями рН (pH₁ – рН₂ = ΔрН), в пределах которого в сравнимых количествах (от 1: 10 до 10: 1) существуют обе формы индикатора и происхо­дит различимое глазом изменение цвета раствора, назы­вается интервалом перехода окраски индикатора: ΔрН = рК_а ± 1.

 

Положение интервала перехода окраски индикатора на шка­ле значений рН зависит от величины его рК_а, то есть от природы индикатора. В интервале от рН₁ до рН₂ наблюдается постепенный переход окраски 1 индикатора в окраску 2 и наоборот. Количественно оценить величину рН при помощи индикаторов можно только в области перехода их окраски (табл. 5). В других случаях возможна только качествен­ная оценка кислотности раствора рН < рК_а – 1 или рН > рК_а + 1.

Для приблизительной оценки кислотности растворов (с погрешностью до единицы рН) применяют универсальный индикатор.

Универсальный индикатор представляет смесь кислотно-основ­ных индикаторов, позволяющая определить значение рН от 1 до 10.

 

Таблица 5

Кислотно-основные индикаторы

 

Индикатор	рКа	Интервал перехода окраски
окраска 1	pH1 – pH2	окраска 2
Метиловый оранжевый	3,7	Красная	3,1 – 4,4	Жёлтая
Метиловый красный	5,1	Красная	4,2 – 6,3	Жёлтая
Лакмус	7,0	Красная	6,0 – 8,0	Синяя
Фенолфталеин	9,2	Бесцветная	8,2 – 10,0	Малиновая

 

Универсальный индикатор обычно нанесён на бумагу, которую сма­чивают исследуемым раствором и сравнивают полученную окраску с прилагаемой колориметрической шкалой рН. Этот метод широко используют в практике для быстрого определения значения рН растворов.

Ионометрический метод определения рН основан на изме­рении милливольтметром-ионометром потенциала стеклянного электрода, чувствительного к из­менению концентрации ионов Н⁺ в растворе. Ионометрический метод, позво­ляющий определить водородный показатель с погрешностью до 0,01 рН, широко применяется в практике для определения величины рН различных сред.

 

 

БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ

 

Растворы, рН которых относительно мало изменяется при добавлении небольших количеств кислоты или основания, называются буферными.

Буферные растворы содержат либо слабую кислоту и её соль, содержащую катион сильного основания, либо слабое основание и его соль, содержащие анион сильной кислоты (табл. 6).

Таблица 6

Буферные системы

 

Состав буферной смеси (при молярном соотношении 1: 1)	Название смеси	рН
Смесь муравьиной кислоты НСООН и формиата натрия НСООNа	Формиатная	3,7
Смесь уксусной кислоты СН3СООН и ацетата натрия СН3СООNа	Ацетатная	4,7
Смесь дигидрофосфата натрия NаН2РО4 и гидрофосфата натрия Nа2НРО4	Фосфатная	6,6
Смесь раствора аммиака NН3*Н2О и хлорида аммония NН4Сl	Аммонийная	9,3

 

Действие буферных растворов можно объяснить на основе закона действующих масс.

 

Рассмотрим в качестве примера ацетатный буферный раствор:

CH₃COOH + CH₃COONa.

 

Уксусная кислота – слабый электролит, её диссоциация в водном растворе описывается уравнением:

 

СН₃СООН ⇄ СН₃СОО^– + Н⁺

 

= . (6.1)

 

Ацетат натрия – сильный электролит, и в водном растворе диссоциирует практически полностью:

 

СН₃СООNа → СН₃СОО^– + Nа⁺

 

Под влиянием общего ацетат-иона СН₃СОО^– равновесие диссоциации слабого электролита – уксусной кислоты – смещается влево, то есть диссоциация подавляется.

Вследствие незначительной диссоциации, концентрация СН₃СООН в буферном растворе практически не отличается от исходной концентрации кислоты (с_кисл.), а равновесная концентрация ацетат-иона СН₃СОО^– практически не отличается от концентрации соли (с_соли).

Преобразуем уравнение (6.1):

 

К_а = или [Н⁺] = К_а· . (6.2)

 

Чтобы от концентрации ионов [Н⁺] перейти к рН нужно прологарифмировать уравнение (6.2) и изменить знаки на обратные:

 

–lg[Н⁺] = –lgК_а – lg с _кисл. + lg с _соли (6.3)

 

Так как pH = lg[H⁺], а pK = -lgK_a, то

 

рН = рК_а – lg (6.4)

 

При добавлении к ацетатному буферу небольшого количества сильной кислоты существенного изменения [Н⁺] не происходит, так как ионы Н⁺ связывают СН₃СОО^– в СН₃СООН.

 

Н⁺ + СН₃СОО^– ⇄ СН₃СООН

 

При добавлении к ацетатному буферу небольшого количества растворимого в виде основания (щёлочи), образующиеся при её диссоциации ионы ОН^– взаимодействуют с ионами Н⁺ уксусной кислоты.

 

Н⁺ + ОН^– ⇄ Н₂О.

 

Вместо израсходованных СН₃СООН даёт новые ионы Н⁺, при этом величина рН изменится незначительно.

Не происходит заметного изменения величины рН и при разбавлении ацетатного буферного раствора водой, так как уменьшение при этом концентрации ионов Н⁺ компенсируется увеличением степени диссоциации (α) уксусной кислоты.

Количество вещества эквивалента сильных кислоты или основания (щёлочи) (моль), необходимое для изменения величины рН на одну единицу 1 л буферного раствора, называется буферной ёмкостью.

Буферное действие прекращается, когда один из компонентов раствора израсходован примерно на 90 %.

Для аммиачного буфера:

 

[ОН^–] = К_b · ; (6.5)

 

рОН = рК_b – lg ; (6.6)

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: