Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Водородный показатель среды растворов – pH.Содержание книги
Похожие статьи вашей тематики
Поиск на нашем сайте
Водородный показатель – рН – это мера активности (в случае разбавленных растворов отражает концентрацию) ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженной в молях на литр. pН = – lg[H+] Это понятие было введено в 1909 году датским химиком Сёренсеном. Показатель называется pH, по первым буквам латинских слов potentia hydrogeni – сила водорода, или pondus hydrogenii – вес водорода. Несколько меньшее распространение получила обратная pH величина – показатель основности раствора, pOH, равная отрицательному десятичному логарифму концентрации в растворе ионов OH: рОН = – lg[OH–] В чистой воде при 25°C концентрации ионов водорода ([H+]) и гидроксид-ионов ([OH-]) одинаковы и составляют 10-7моль/л, это напрямую следует из константы автопротолиза воды Кw, которую иначе называют ионным произведением воды: Кw = [H+] · [OH–] =10–14 [моль2/л2] (при 25°C) рН + рОН = 14 Когда концентрации обоих видов ионов в растворе одинаковы, говорят, что раствор имеет нейтральную реакцию. При добавлении к воде кислоты концентрация ионов водорода увеличивается, а концентрация гидроксид-ионов соответственно уменьшается, при добавлении основания – наоборот, повышается содержание гидроксид-ионов, а концентрация ионов водорода падает. Когда [H+] > [OH–] говорят, что раствор является кислым, а при [OH–] > [H+] – щелочным. Определение рН Для определения значения pH растворов широко используют несколько способов. 1) Водородный показатель можно приблизительно оценивать с помощью индикаторов, точно измерять pH-метром или определять аналитически путём, проведением кислотно-основного титрования. Для грубой оценки концентрации водородных ионов широко используются кислотно-основные индикаторы – органические вещества-красители, цвет которых зависит от pH среды. К наиболее известным индикаторам принадлежат лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый (метилоранж) и другие. Индикаторы способны существовать в двух по-разному окрашенных формах – либо в кислотной, либо в основной. Изменение цвета каждого индикатора происходит в своём интервале кислотности, обычно составляющем 1-2 единицы (см. Таблица 1, занятие 2). Для расширения рабочего интервала измерения pH используют так называемый универсальный индикатор, представляющий собой смесь из нескольких индикаторов. Универсальный индикатор последовательно меняет цвет с красного через жёлтый, зелёный, синий до фиолетового при переходе из кислой области в щелочную. Определения pH индикаторным методом затруднено для мутных или окрашенных растворов. 2) Аналитический объёмный метод – кислотно-основное титрование – также даёт точные результаты определения общей кислотности растворов. Раствор известной концентрации (титрант) по каплям добавляется к исследуемому раствору. При их смешивании протекает химическая реакции. Точка эквивалентности – момент, когда титранта точно хватает, чтобы полностью завершить реакцию, – фиксируется с помощью индикатора. Далее, зная концентрацию и объём добавленного раствора титранта, вычисляется общая кислотность раствора. Кислотность среды имеет важное значение для множества химических процессов, и возможность протекания или результат той или иной реакции часто зависит от pH среды. Для поддержания определённого значения pH в реакционной системе при проведении лабораторных исследований или на производстве применяют буферные растворы, которые позволяют сохранять практически постоянное значение pH при разбавлении или при добавлении в раствор небольших количеств кислоты или щёлочи. Водородный показатель pH широко используется для характеристики кислотно-основных свойств различных биологических сред (Табл. 2). Кислотность реакционной среды особое значение имеет для биохимических реакций, протекающих в живых системах. Концентрация в растворе ионов водорода часто оказывает влияние на физико-химические свойства и биологическую активность белков и нуклеиновых кислот, поэтому для нормального функционирования организма поддержание кислотно-основного гомеостаза является задачей исключительной важности. Динамическое поддержание оптимального pH биологических жидкостей достигается благодаря действию буферных систем. 3) Использование специального прибора – pH-метра – позволяет измерять pH в более широком диапазоне и более точно (до 0,01 единицы pH), чем с помощью индикаторов, отличается удобством и высокой точностью, позволяет измерять pH непрозрачных и цветных растворов и потому широко используется. С помощью рН-метра измеряют концентрацию ионов водорода (pH) в растворах, питьевой воде, пищевой продукции и сырье, объектах окружающей среды и производственных систем непрерывного контроля технологических процессов, в т. ч. в агрессивных средах. рН-метр незаменим для аппаратного мониторинга pH растворов разделения урана и плутония, когда требования к корректности показаний аппаратуры без её калибровки чрезвычайно высоки. Прибор может использоваться в лабораториях стационарных и передвижных, в том числе полевых, а также клинико-диагностических, судебно-медицинских, научно-исследовательских, производственных, в том числе мясо-молочной и хлебопекарной промышленности. Последнее время pH-метры также широко используются в аквариумных хозяйствах, контроля качества воды в бытовых условиях, земледелия (особенно в гидропонике), а также – для контроля диагностики состояния здоровья.
Таблица 2. Значения рН для некоторых биологических систем и других растворов
Контрольные вопросы 1. Уравнение ионного произведения воды, его анализ. 2. Водородный и гидроксильный показатели среды. 3. Характеристика кислотности сред по величине pH. 4. Биологическое значение водородного показателя.
Типовые задачи Задача 1. Рассчитать рН раствора соляной кислоты с молярной концентрацией вещества в растворе С(НСl) = 0,001 моль·дм-3.
Дано: Решение: С(HCl) = 0,001 моль·дм-3 HCl «H+ + Cl-, т.к. a = 1, то [H+] = [HCl] = 10-3 моль·дм-3 рН -? pH = -lg [H+] pH = -lg10-3 = 3 Ответ: pH = 3.
Задача 2. Рассчитать pH раствора гидроксида калия с молярной концентрацией вещества в растворе C(KOH) = 1,5·10-2 моль·дм-3.
Дано: Решение: С(KOH) = 1,5·10-2 моль·дм-3 KOH «K+ + OH-, т.к. a = 1, то [OH-] = [KOH] = 1,5·10-2 моль·дм-3 рН -? pOH = –lg[OH-] pOH = –lg1,5·10-2 = 1,82 pH + pOH = 14 Þ pH = 14 – pOH pH = 14 – 1,82 = 12,18. Ответ: pH = 12,18. Задача 3. pH желудочного сока равен 1,65. Определить концентрации ионов [H+] и [OH-] в желудочном соке.
Дано: Решение: pH = 1,65 pH = –lg [H+] lg [H+] = –pH Þ [H+] = 10–pH [H+] -? [H+] = 10–1,65 = 0,0224 моль·дм–3 = 2,24·10–2 моль·дм–3 [OH-] -? [H+] · [OH-] = 10–14
Ответ: [H+] = 2,24·10–2 мольˑдм–3; [OH–] = 4,46·10–13 мольˑдм–3. Тестовые задания для самоконтроля Выберите правильный вариант ответа 01. КОНЦЕНТРАЦИЯ ИОНОВ ОН— (МОЛЬ/ДМ 3) В РАСТВОРЕ ПРИ рН = 2,00 РАВНА ________МОЛЬ/ДМ3 1) 10–10 2) 10–2 3) 10–12 4) 10–4
02. ЗНАЧЕНИЯ С(ОН—) И С(Н+ ) В РАСТВОРЕ ПРИ рН = 5,0 СОСТАВЛЯЮТ______ МОЛЬ/ДМ3 1) 10–5 и 10 –9 2) 10–4 и 10 –10 3) 10–10 и 10 –4 4) 10–9 и 10 –5
03. ЗНАЧЕНИЯ С(ОН—) И С(Н+ ) В РАСТВОРЕ ПРИ рОН = 6,0 СОСТАВЛЯЮТ ______ МОЛЬ/ДМ3 1) 10–8 и 10–6 2) 10–4 и 10–10 3) 10–6 и 10–8 4) 10–7 и 10–7
04. УКАЖИТЕ рН СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ С КОНЦЕНТРАЦИЕЙ 0,1 МОЛЬ/Л И ВОДНОГО РАСТВОРА ГИДРОКСИДА КАЛИЯ С КОНЦЕНТРАЦИЕЙ 1,0 МОЛЬ/Л, СЧИТАЯ, ЧТО УКАЗАННЫЕ ВЕЩЕСТВА ДИССОЦИИРУЮТ ПОЛНОСТЬЮ 1) 1 и 14 2) 7 и 7 3) 14 и 0 4) 2 и 12 05. В РАСТВОРЕ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ С рН = 2 КОНЦЕНТРАЦИЯ ВЕЩЕСТВА ПРИ α = 100% РАВНА _____ МОЛЬ/ДМ3 1) 0,05 2) 0,1 3) 0,01 4) 0,001
06. рН РАСТВОРА ГИДРОКСИДА БАРИЯ РАВЕН 13, КОНЦЕНТРАЦИЯ ОСНОВАНИЯ В НЕМ ПРИ α =100% РАВНА ______ МОЛЬ/ ДМ3 1) 0,005 2) 0,1 3) 0,05 4) 0,001
07. РАСТВОР, В 500 МЛ КОТОРОГО РАСТВОРЕНО 1,825 г HCl, ИМЕЕТ рН, РАВНЫЙ 1) 2 2) 4 3) 5 4) 1
08. УКАЖИТЕ рН 0,003 МОЛЯРНОГО РАСТВОРА СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ 1) 11,5 2) 3 3) 7 4) 2,5
Контрольные задания 09. Рассчитать рН и рОН слюны, если концентрация ионов водорода в ней составляет 1,78·10–7 моль·дм-3. 10. Физиологическое значение рН крови 7,36. Определить концентрацию ионов [H+] и [OH-] в крови. 11. Рассчитать рН раствора соляной кислоты с концентрацией 0,03 моль/дм3 и водного раствора гидроксида калия с концентрацией 0,12 моль/дм3, считая, что указанные вещества диссоциируют полностью. 12. Определите рН кишечного сока, если концентрация гидроксид- анионов ОН- в составе кишечного сока составляет 2,3·10-6 моль·дм-3. Литература 1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для вузов / Ю. А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и др.; Под ред. Ю.А. Ершова. – 5-е изд., стер. – М.: Высш.шк., 2005. – С. 66 – 76, 101 – 107. 2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. пособие для студентов медицинских спец. вузов / Ю.А. Ершов, А.М. Кононов, С.А. Пузаков и др.; Под ред. Ю.А. Ершова, В.А. Попкова. – М.: Высш. шк., 2008. – С.45-50.
1.8. Буферные системы Свойством всех живых организмов является постоянство рН биологических жидкостей, тканей и органов. Это постоянство поддерживается их буферными системами и необходимо для обеспечения нормальной деятельности ферментов, регулирования осмотического давления и других показателей. Знания по теме «Буферные «системы» необходимы для понимания механизма их действия, количественной оценки способности буферных систем связывать посторонние кислоты и щелочи, понимания их взаимосвязи и роли в поддержании кислотно-основного гомеостаза. Кроме того, важно уметь готовить буферные растворы для последующего использования их в различных медико-биологических, химических и клинических исследованиях. Буферными называют системы, состоящие из двух сопряженных компонентов, способных до определенного предела противодействовать изменению рН среды при добавлении к ним небольших количеств кислоты и щелочи, а также при разбавлении раствора или концентрировании. Способность буферных систем сохранять постоянство pH называется буферным действием. По составу, с точки зрения протонной теории, буферные системы делят на кислые и основные. Кислые буферные системы состоят из слабой кислоты и сопряженного с ней избытка сильного основания, создаваемого солью этой кислоты. Например: Ацетатная буферная система – кислая буферная система, состоит из: СН3СООН – слабая кислота; СН3СООNa – растворимая соль (содержит сопряженное сильное основание СН3СОО- ). Аммиачная буферная система – основная буферная система, состоит из: NН4ОН – слабое основание; NН4Сl –растворимая соль (содержит сопряженную сильную кислоту NН4+).
Буферные системы в растворенном состоянии образуют буферные растворы. Буферные растворы, в отличие от буферных систем, могут быть многокомпонентными. Кровь относят к буферным растворам. Водородный показатель среды буферного раствора рассчитывают по уравнению Гендерсона-Гассельбаха: pH = pKa + lg[соль]/[кислота] pH - водородный показатель среды буферного раствора, pKa – показатель константы кислотности слабой кислоты, [соль]/[кислота]– количества соли и кислоты в момент равновесия; буферное соотношение. В рабочем виде:
- C (1/z с), C (1/z к) – исходные молярные концентрации эквивалентов соли и кислоты, моль·дм-3; - V (с), V (к) – объемы растворов соли и кислоты соответственно, см3. Величину, характеризующую способность буферной системы противодействовать смещению реакции среды при добавлении кислот и щелочей, называют буферной емкостью (B). Буферную ёмкость можно определить по кислоте или по основанию. Буферная ёмкость показывает сколько моль-эквивалентов сильной кислоты или щелочи следует добавить к 1 дм3 буферного раствора, чтобы изменить его рН на единицу.
B – буферная ёмкость, моль дм-3; C(1/z кисл.; осн.) – молярная концентрация эквивалента добавляемой кислоты или основания; V(кисл.; осн.) – объем раствора добавляемой кислоты или основания, см3; ∆pH – изменение pH; V (буф.)- объем буферного раствора, см3.
Для сохранения оптимальных условий обменных процессов необходимо постоянство pH внутренних сред организма. Постоянство кислотности сред, наряду с физиологическими механизмами поддерживается буферными системами организма.
Контрольные вопросы 1. Буферные системы, их состав, свойства, классификация. Механизм буферного действия. Буферные растворы 2. Уравнение кислых буферных систем Гендерсона-Гассельбаха, его вывод и анализ. Зона буферного действия. 3. Буферная емкость. Факторы, влияющие на величину буферной емкости. 4. Биологическая роль буферных систем. Буферные системы крови: гемоглобиновая, оксигемоглобиновая, белковая, водородкарбонатная, фосфатная, эфиры глюкозы и фосфорной кислоты различной степени замещенности. 5. Роль водородкарбонатной буферной системы в поддержании постоянства рН крови. Ацидоз. Алкалоз. Щелочной резерв крови.
Типовые задачи Задача 1. Рассчитайте рН ацетатного буферного раствора, приготовленного из 80 мл 0,1 н раствора СН3СООН и 20 мл 0,1 н раствора СН3СООNa. КД (СН3СООН) = 1,74 · 10– 5.
Задача 2. Рассчитать рН оксалатной буферной системы, состоящей из100 см3 раствора щавелевой кислоты с концентрацией С(1/2 Н2С2О4)=0,5 моль·дм -3 и 150 см3 растворы оксалата натрия с концентрацией С(1/2 Na2C2O4)=0,25 моль·дм-3,если КД (Н2С2О4)=5,6·10-2. Дано: Решение: V (H2C2O4) = 100см3 рН=рКД+lgC(1/2H2C2O4)·V(Na2C2O4)/C(1/2H2C2O4)·V(H2C2O4) С(Na2C2O4) = 0,5 моль·дм– 3 pКд = – lgКд V(Na2C2O4) = 150 см3 pКд = – lg 5,6·10-2 = 1,25 С(1/2Na2C2O4) = 0,25 моль·дм– 3 рН = 1,25 + lg(0,25·150)/(0,5·100)= 1,125. КД (H2C2O4) = 5,6·10– 2 рН-? Ответ: рН = 1,125.
Задача 2. Рассчитайте объемы (см3) 0,1М СН3СООН и 0,1 М СН3СООNa, необходимые для приготовления 100 см3 буферного раствора с рН = 4,0. рК (СН3СООН) = 4,76
Задача 3. Рассчитайте рН фосфатного буфера, состоящего из 100 см3 0,01 моль/дм3 NaH2PO4 и 20 см3 0,1 моль/дм3 Na2HPO4. Как изменится рН при добавлении к этой смеси 30 мл раствора NaOH с молярной концентрацией С(NaОН) = 0,02 моль/дм3? КД (Н2РО-4)=1,6·10– 7.
Задача 4. Рассчитайте буферную емкость по кислоте, если при добавлении к 100 см3 гидрокарбонатного буфера с рН = 6,5 10 см3 раствора НСl с молярной концентрацией эквивалента С(НСl) = 0,1 моль/дм3 изменился до 6,3.
Тестовые задания для самоконтроля Выберите правильный вариант ответа
01. ВЫБЕРИТЕ БУФЕРНУЮ СИСТЕМУ 1) KH2PO4/Na2HPO4 2) HCl / NaCl 3) H2SO4/ Na2SO4 4) NaHSO4/ Na2SO4
02. УКАЖИТЕ КАК НАЗЫВАЕТСЯ СДВИГ РЕАКЦИИ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА В ЩЕЛОЧНУЮ СТОРОНУ 1) ацидоз 2) алкалоз 3) алкалемия 4) изогидрия
Дополните высказывание 03. СПОСОБНОСТЬ БУФЕРНЫХ СИСТЕМ СОХРАНЯТЬ ПОСТОЯНСТВО ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ СРЕДЫ НАЗЫВАЕТСЯ ___________________.
04. СИСТЕМА, СОСТОЯЩАЯ ИЗ СЛАБОГО ОСНОВАНИЯ И СОПРЯЖЕННОГО С НИМ ИЗБЫТКА КИСЛОТЫ, СОЗДАВАЕМОГО СОЛЬЮ ЭТОГО ОСНОВАНИЯ. НАЗЫВАЕТСЯ____________.
05. ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ СРЕДЫ БУФЕРНОГО РАСТВОРА ЗАВИСИТ ОТ ПРИРОДЫ КОМПОНЕНТОВ БУФЕРА, ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЕЛИЧИНЫ____________.
06. ИНТЕРВАЛ ЗНАЧЕНИЙ ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ СРЕДЫ, В ПРЕДЕЛАХ КОТОРОГО БУФЕРНАЯ СИСТЕМА СОХРАНЯЕТ СВОИ СВОЙСТВА, ЯВЛЯЕТСЯ _____________________ Контрольные задания 07.Рассчитать рН для пяти буферных систем, состоящих из уксусной кислоты и ацетата натрия, учитывая, что С (СН3СООН) = С (СН3СООNa) = 0,1 моль/дм3, а соотношение объемов буферных компонентов [соль]/[кислота] составляет: 1/9; 3/7; 5/5; 7/3; 9/1. КД (СН3СООН) = 1,74 · 10– 5. 08. Рассчитать рН буферного раствора, состоящего из 80 см3 раствора NaH2PO4 с концентрацией равной 0,12 моль/дм3 и 30 см3 раствора Na2HPO4 с концентрацией 0,14 моль/дм3. КД (Н2РО4– ) = 6,2 · 10– 8. 09. К 10 см3 сыворотки крови с рН = 7,34 прибавили 1 см3 раствора хлороводородной кислоты с С(НСl) = 0,05 моль/дм3, что привело к снижению рН до 7,29. Определить буферную емкость крови по кислоте. Литература
2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. пособие для студентов медицинских спец. вузов / Ю.А. Ершов, А.М. Кононов, С.А. Пузаков и др.; Под ред. Ю.А. Ершова, В.А. Попкова. – М.: Высш. шк., 2008. – С.42-45.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-12-15; просмотров: 944; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.15.218.44 (0.01 с.) |