Водневий показник (pH-фактор)

Водневий показник (pH-фактор) - це міра активності іонів водню в розчині, тобто кількісно виражає кислотність розчину. У дуже розведених розчинах водневий показник еквівалентний концентрації іонів водню. Дорівнює по модулю і протилежний за знаком десятковому логарифму активності водневих іонів, вираженій в молях на один літр:

pH = -lg[H⁺]

При стандартних умовах значення pH лежить в межах від 0 до 14. У чистій воді, при нейтральному pH, концентрація H⁺ дорівнює концентрації OH^- і становить 1·10^-7 моль на літр. Максимально можливе значення pH визначається як сума pH і pOH і дорівнює 14.

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

Методи визначення значення pH

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

Кислотно-основні індикатори

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 оранжевий (метилоранж) та інші. Індикатори здатні існувати в двох по-різному забарвлених формах - або в кислотній, або в основний. Зміна кольору кожного індикатора відбувається в своєму інтервалі кислотності, зазвичай становить 1-2 одиниці.

Універсальний індикатор

Для розширення робочого інтервалу вимірювання pH використовують так званий універсальний індикатор, який представляє собою суміш з декількох індикаторів. Універсальний індикатор послідовно змінює колір з червоного через жовтий, зелений, синій до фіолетового при переході з кислотної області в основну.

Розчинами таких сумішей - «універсальних індикаторів» зазвичай просочують смужки «індикаторного паперу», за допомогою яких можна швидко (з точністю до одиниць рН, або навіть десятих часток рН) визначити кислотність досліджуваних водних розчинів. Для більш точного визначення отриманий при нанесенні краплі розчину колір індикаторного паперу негайно порівнюють з еталонною кольоровою шкалою, вид якої представлений на зображеннях.

Визначення pH індикаторним методом утруднено для мутних або забарвлених розчинів.

.

pH-метр

Використання спеціального приладу - pH-метра - дозволяє вимірювати pH в ширшому діапазоні і більш точно (до 0,01 одиниці pH), ніж за допомогою універсальних індикаторів. Спосіб відрізняється зручністю і високою точністю, особливо після калібрування індикаторного електроду в обраному діапазоні рН. Дозволяє вимірювати pH непрозорих і кольорових розчинів і тому широко використовується.

Аналітичний об'ємний метод

Аналітичний об'ємний метод - ацидиметрія - також дає точні результати визначення кислотності розчинів. Розчин відомої концентрації (титрант) по краплях додається до досліджуваного розчину. При їх змішуванні протікає хімічна реакція. Точка еквівалентності - момент, коли титранту точно вистачає, щоб повністю завершити реакцію, - фіксується за допомогою індикатора. Далі, знаючи концентрацію і об'єм доданого розчину титранту, обчислюється кислотність розчину.

Вплив температури на значення pH

Значення pH може змінюватися в широкому діапазоні при зміна температури. Так, 0,001 молярний розчин NaOH при 20°C має pH = 11,73, а при 30°C pH = 10,83. Вплив температури на значення pH пояснюється різною дисоціацією іонів водню (H⁺ ) і не є помилкою експерименту. Температурний ефект неможливо компенсувати за рахунок електроніки pH-метра.

Регулювання pH живильного розчину

Підкислення живильного розчину

Поживний розчин зазвичай доводиться підкислювати. Поглинання іонів рослинами викликає поступове підлуговування розчину. Будь-який розчин, що має pH 7 або вище, найчастіше доводиться доводити до оптимального рівня pH. Для підкислення живильного розчину можна використовувати різні кислоти, але, як правило, застосовують сірчану кислоту, тому що її завжди можна дістати і вона дешева.

При регулюванні pH як кислотами, так і лугами потрібно надягати гумові рукавички, щоб не викликати опіків шкіри. Досвідчений хімік вміло обходиться з концентрованої сірчаної кислотою, він по краплях додає кислоту до води. Але початківцям, напевно, краще звернутися до досвідченого хіміку і попросити його приготувати 25%-ний розчин сірчаної кислоти. Під час додавання кислоти розчин перемішують і визначають його pH. Дізнавшись приблизну кількість сірчаної кислоти, в подальшому її можна додавати з мірного циліндра.

Сірчану кислоту потрібно додавати невеликими порціями, щоб не занадто сильно підкислити розчин, який тоді доведеться знову підлуговувати. У недосвідченого працівника підкислення і підлуговування можуть тривати до нескінченності. Крім марної трати часу і реактивів, таке регулювання виводить з рівноваги живильний розчин внаслідок накопичення непотрібних рослин іонів.

Підлуговування живильного розчину

Занадто кислі розчини підлуговують їдким натрієм (гідроксид натрію). Як випливає з його назви - це їдка речовина, тому потрібно користуватися гумовими рукавичками. Рекомендується купувати їдкий натрій у вигляді пігулок чи гранул. У магазинах побутової хімії їдкий натрій можна придбати як засіб для очищення труб, наприклад "Кріт". Розчиняють одну пігулку в 0,5 л води і поступово доливають лужний розчин до живильного розчину при постійному помішуванні, часто перевіряючи його pH. Ніякими математичними розрахунками не вдається обчислити, скільки кислоти або лугу потрібно додати в тому чи іншому випадку.

Якщо в одному піддоні хочуть вирощувати кілька культур, потрібно підбирати їх так, щоб збігався не тільки їх оптимальний pH, а й потреби в інших факторах росту. Наприклад, жовтим нарцисам і хризантеми потрібен pH 6,8, але різний режим вологості, тому їх неможливо вирощувати на одному і тому ж піддоні. Якщо давати нарцисів стільки ж вологи, скільки хризантемам, цибулини нарцисів загинуть. У дослідах ревінь досягав максимального розвитку при pH 6,5, але міг рости навіть при pH 3,5. Овес, що вважає за краще pH близько 6, дає хороші врожаї і при pH 4, якщо сильно збільшити дозу азоту в живильному розчині. Картопля росте при досить широкому інтервалі pH, але найкраще вона розвивається при pH 5,5. Нижче цього pH також отримують високі врожаї картоплі, але вона набуває кислий смак. Щоб отримувати максимальні врожаї високої якості, потрібно точно регулювати pH поживних розчинів.

Література

• Бентли М. Промышленная гидропоника. — М.: Изд-во Колос, 1965. — 819 с.