Водородный показатель, его численное значение в нейтральных, кислых и щелочных растворах. Методы определения

Вариант №5.

1.Водородный показатель, его численное значение в нейтральных, кислых и щелочных растворах. Методы определения.

ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ (обозначается рН), показатель кислотности или  щелочности раствора. Шкала водородных показателей выражает ряд значений рН, основанных на логарифмическом  измерении концентрации, или активности, ионов водорода. Шкала включает значения от 0 до 14, а нейтральный раствор, такой как чистая вода, имеет рН, равное 7. РН измеряется рН-метром. Шкала  водородных показателей была введена  С. П. Соренсеном (1868-1939) в 1909 г. Так как при 25 °C (стандартных условиях)[H+] · [OH−] = 10−14, то понятно, что при этой температуре pH + pOH = 14.

Так как в кислых растворах [H+] > 10−7, то у кислых растворов pH < 7, аналогично, у щелочных растворов pH > 7, pH нейтральных растворов равен 7. При более высоких температурах константа электролитической диссоциации воды повышается, соответственно увеличивается ионное произведение воды, поэтому нейтральной оказывается pH < 7 (что соответствует одновременно возросшим концентрациям как H+, так и OH−); при понижении температуры, напротив, нейтральная pH возрастает.

Для определения значения pH растворов  широко используют несколько методик. 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.

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.

Использование специального прибора  — pH-метра — позволяет измерять pH в более широком диапазоне  и более точно (до 0,01 единицы pH), чем  с помощью индикаторов. Ионометрический  метод определения pH основывается на измерении милливольтметром-ионометром ЭДС гальванической цепи, включающей специальный стеклянный электрод, потенциал  которого зависит от концентрации ионов H+ в окружающем растворе. Способ отличается удобством и высокой точностью, особенно после калибровки индикаторного электрода в избранном диапазоне рН, позволяет измерять pH непрозрачных и цветных растворов и потому широко используется.

Аналитический объёмный метод —  кислотно-основное титрование — также  даёт точные результаты определения  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 кислотность раствора.

Влияние температуры на значения pH

0.001 моль/Л HCl при 20 °C имеет  pH=3, при 30 °C pH=3

0.001 моль/Л NaOH при 20 °C имеет  pH=11.73, при 30 °C pH=10.83

 

Влияние температуры на значения pH объясняется различной диссоциацией ионов водорода (H+) и не является ошибкой эксперимента. Температурный  эффект невозможно компенсировать за счет электроники pH-метра.

2.Роль проявляющего вещества  в проявляющем растворе. Разобрать  строение  и свойства проявляющих  веществ на примере гидрохинона.

В состав проявляющих растворов  входят: растворитель (вода), проявляющее  вещество, сохраняющее вещество, ускоряющее вещество, противовуалирующее вещество.

Роль проявляющего вещества в проявляющем  растворе — реагировать с бромистым  серебром эмульсионного слоя фотографического материала, т. е. превращать его в  металлическое серебро. В результате химической реакции проявляющее  вещество окисляется с выделением продуктов  окисления в раствор.

Обычный цвет проявленного изображения  — серый.

Продукты окисления могут вызвать  окраску изображения в различные  цвета: желтый, красный, коричнево-фиолетовый, коричнево-черный.

Известно немало проявляющих веществ, но наибольшее распространение получили метол, гидрохинон и фенидон.

Широкое распространение получили растворы не с одним, а с двумя  проявляющими веществами, например с  метолом и гидрохиноном.

Оптимальное количество проявляющих  веществ для рентгеновских целей  на 1 л проявляющегося раствора: метол  — 2—3 г, гидрохинон — 8—10 г, фенидон— доли грамма.

Вид проявляющего вещества в сочетании  с применяемой щелочью влияет на контрастность изображения. Особо  контрастно работающими проявителями являются те, в раствор которых  входит гидрохинон с едким калием; контрастно работающими — гидрохинон с углекислым калием или натрием; нормально работающие — метол, гидрохинон с углекислым калием или натрием; мягко работающий — метол со слабыми  щелочами и др.

Подразделение проявителей по степени  контрастности является в значительной мере условным и должно пониматься как результат скорости действия проявителей.

Гидрохинон С6Н4(ОН)2 — бесцветные или слегка сероватые игольчатые мелкие кристаллы. Желтая или серая окраска вещества говорит о частичном окислении и уменьшении его проявляющих свойств. Окисляется на воздухе и в водных растворах. Весьма чувствителен к бромистому калию (в 20 раз больше метола) Чувствителен к изменениям температуры проявления (при температурах ниже 10—12° практически не работает).

Гидрохинон проявляет плотно и  контрастно, но медленно (глубинное  проявление). Вялость недопроявленных  снимков происходит главным образом  от того, что гидрохинон за короткое время или при низкой температуре  не успевает оказать свое действие.

Соответственно действующим стандартам (ГОСТ 24—60 и ГОСТ 2549—60) метол и  гидрохинон изготовляются двух марок: марки А и марки Б. Для рентгеновских  проявителей целесообразнее использовать марку Б. Марка А предназначена  для аналитических и других ответственных  работ.

Гидрохинон, п-диоксибензол, бесцветные кристаллы, tпл 170,3 °С; плотность 1,358 г/см2; возгоняется в вакууме.

 

  Гидрохинон хорошо растворим  в спирте, эфире, плохо — в  бензоле; 5,7 г гидрохинона растворяется  в 100 г воды при15 °С. Гидрохинон  —сильный восстановитель; в водных, особенно в щелочных, растворах  окисляется кислородом воздуха.  В промышленности гидрохинон  получают восстановлением хинона, а также щелочным плавлением n-фенолсульфокислоты  или n-хлорфенола.

 Гидрохинон применяют как  проявитель в фотографии, как  антиоксидант. Гидрохинон служит  полупродуктом в синтезе многих  органических красителей. Его применяют  в аналитической химии при  фотометрическом определении ряда  элементов. Молекулярное соединение  гидрохинона с хиноном C6H4O2 ·  C6H4(OH)2, т. н. хингидрон, применяют  при определении концентрации  водородных ионов. Соединение  гидрохинона с глюкозой — арбутин  — широко распространено в  природе. Гидрохинон впервые получен  немецким химиком Ф. Вёлером  в 1844.

3.Вычислить рН 0,001 М водного раствора едкого натра.

Решение:

Гидроксид натрия в водном растворе – сильный электролит, поэтому

 

 

Концентрация гидроксид-ионов будет  равна концентрации сильного однокислотного основания:

с(ОН–) = 0,001 моль/л. Откуда

рОН = –lg 0,001 = –lg 10–3 = –(–3) = 3,

рН = 14 – рОН = 14 – 3 = 11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Джеймс Т. Х. Теория фотографического процесса., Л.; Химия, 1980.
2. Редько А. В. Основы черно-белых и цветных фотопроцессов. М. Искусство,1980.
3. Журба Ю. И. Краткий справочник по фотоматериалам, М. Искусство 1990.
4. Гypлев Д.С. Спpавочник по фотогpафии (обработка фотоматериалов). – Киев.: Техника, 1988.
5. Хейнман А. Физическая химия фотографических процессов.
6. Редько А.В.Основы фотографических процессов.Издательство:Лань.1999г.
7. Краткий справочник фотолюбителя. Под редакцией А.А. Панфилова. М., 1984 г.
8. Е.А. Иофис «Кинофотопроцессы и материалы», М., 1980 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

22.11.2012г.

Мокунёва  Н.В.