background image

Iloczyn jonowy wody  i  pH 

 

Większość reakcji analitycznych przebiega w roztworach wodnych, dlatego duże 

znaczenie ma znajomość właściwości wody  jako rozpuszczalnika. Mimo, że woda jest 
zdysocjowana tylko w niewielkim stopniu na jony H

3

O

 i OH

-

, jest to jednak istotne z punktu 

widzenia reakcji  przebiegających  w wodnych roztworach. 
Stężenia jonów oksoniowych (wodorowych) i jonów wodorotlenowych  w czystej wodzie są 
sobie równe i bardzo bliskie wartości 10 

–7

 mol/l. Stąd iloczyn stężeń tych jonów w wodzie, 

zwany iloczynem jonowym wody K

, równy jest w temperaturze 25º C : 

 

K

w

 = [ H

] · [OH

] = 10

-14 

 

Równanie na K

 jest spełnione również w przypadku wodnych roztworów kwasów, zasad i  

soli. 
Zamiast stężeniami (wyrażającymi się potęgami o ujemnych wykładnikach )  na wniosek 
Sörensena  posługujemy się ujemnym logarytmem dziesiętnym z molowego stężenia zwanym 
wykładnikiem jonów wodorowych  i oznaczanym symbolem pH : 
 

                   pH = - log [H

3

O

+

] = - lg[H

+

 

Analogicznie jak pH, dla oznaczenia ujemnego logarytmu dziesiętnego ze stężenia jonów 
wodorotlenowych  OH

-

 wprowadzamy pojęcie pOH: 

 

pOH = - lg[OH

-

 

Logarytmiczna forma iloczynu jonowego wody ma postać: 

 

pH + pOH  = 14 

Obniżenie stężenia jonów H

pociąga za sobą podwyższenie stężenia jonów OH

 i na 

odwrót. Równość stężeń jonów powstających w wyniku dysocjacji cząsteczek wody jest 
cechą roztworu obojętnego. 

Jeżeli w wyniku dysocjacji kwasu, stężenie uwodnionych jonów wodorowych przewyższa 

stężenie jonów wodorotlenowych, to mamy do czynienia z roztworem kwaśnym. Jeżeli w 
wyniku dysocjacji zasady stężenie jonów wodorotlenowych przewyższa stężenie 
uwodnionych jonów wodorowych , to roztwór taki nazywamy zasadowym. 

 

 

roztwory o odczynie kwaśnym  pH < 7,  [H

+

] > 10

-7 

,   [H

+

] > [OH

-

]; 

 

roztwory obojętne                      pH = 7,  [H

+

] = 10

-7

,    [H

+

] = [OH

-

]; 

  roztwory zasadowe                     pH > 7,  [H

+

] < 10

-7

,  

 

 [OH

-

]>[H

+

]. 

 
Skala pH jest skalą logarytmiczną. Zmiana wartości pH o jedną jednostkę odpowiada                 
10-krotnej zmianie stężenia jonów wodorowych (odpowiednio – zmiana pH o dwie jednostki 
odpowiada 100-krotnej zmianie stężenia jonów H

+

, a o 0,3 jednostki odpowiada 2-krotnej 

zmianie stężenia jonów H

+

). 

 
 
 
 
 
 

background image

Wskaźniki i pomiar pH 

 

Pomiaru pH można dokonywać dwiema zasadniczymi metodami :  

wizualną  - na podstawie obserwacji barwy pewnych związków chemicznych, zwanych 
wskaźnikami /indykatorami/, oraz potencjometryczną – za pomocą przyrządu zwanego 
potencjometrem. 
Wskaźniki pH są to najczęściej słabe kwasy lub zasady organiczne , które mają zdolność do 
zmiany barwy w zależności od stężenia jonów wodorowych. Właściwość ta według teorii 
Ostwalda  wynika z faktu, że niezdysocjowane cząsteczki tych związków mają inną barwę niż 
ich aniony lub kationy. 
Z kolei teoria Hantzscha, zwana również teorią chromoforową, tłumaczy zmiany barwy 
wskaźników występowaniem ich w różnych odmianach tautometrycznych w zależności  
od pH.  
Wskaźniki można podzielić na trzy grupy: 

 

wskaźniki jednobarwne (np.fenoloftaleina) charakteryzujące się przejściami z postaci 
bezbarwnej w barwną 

 

wskaźniki dwubarwne (np. oranż metylowy) charakteryzujące się obecnością 

 dwu barw przy różnym pH 

 

wskaźniki wielobarwne (np. błękit tymolowy) posiadające kilka barw w zależności 

od pH 

 
Tabela1.  Zakresy pH oraz odpowiadające im barwy niektórych wskaźników. 
 

Wskaźnik 

 

Barwa poniżej 

zakresu 

Zakres pH 

zmiany barwy 

Barwa powyżej 

zakresu 

Fiolet metylowy 

żółta 

0,2-3,2 

fioletowa 

Błękit tymolowy 

czerwona 

1,2-2,8 

żółta 

Oranż metylowy 

czerwona 

3,1-4,4 

żółta 

Zieleń bromokrezolowa 

żółta 

3,5-5,5 

niebieska 

Czerwień metylowa 

czerwona 

4,2-6,3 

żółta 

Błękit bromotymolowy 

żółta 

6,0-7,6 

niebieska 

Czerwień krezolowa 

żółta 

7,2-8,8 

czerwona 

Błękit tymolowy 

żółta 

8,0-9,6 

niebieska 

Fenoloftaleina 

bezbarwna 

8,2-10 

czerwona 

Tymoloftaleina 

bezbarwna 

9,4-10,6 

niebieska 

 

Aby zmierzyć pH jakiegoś roztworu metodą kolorymetryczną z zastosowaniem 

wskaźnika, należy przygotować uprzednio skalę wzorcową tzn. komplet roztworów                     
o znanych wartościach pH. Do każdego roztworu dodaje się następnie jednakowe ilości 
odpowiedniego wskaźnika, zmieniającego swą barwę w zakresie wartości pH tych roztworów . 
Określenie pH badanej próbki sprowadza się wyszukania wzorca o takim samym zabarwieniu 
jak badany roztwór lub do znalezienia dwóch wzorców takich aby barwa próbki badanej była 
pośrednia między ich zabarwieniem. 

Badanie odczynu polega na dodaniu do badanej cieczy kilku kropli roztworu wskaźnika 

lub zanurzeniu w niej na kilka sekund papierka wskaźnikowego. W obu przypadkach –  
w zależności od środowiska pojawia się specyficzne dla wskaźnika zabarwienie badanej 
cieczy lub papierka wskaźnikowego. 
Szerokie zastosowanie mają także wskaźniki mieszane zmieniające zabarwienie np.                   
co jednostkę pH. Są to tzw. wskaźniki uniwersalne, a paski bibuły nimi nasycone – papierki 
uniwersalne. 
 
 

background image

Dokładną wartość pH / do 0,1 lub 0,01 jednostki/ można uzyskać metodą 

potencjometryczną (pomiar pH-metrem). Zasada oznaczania polega na pomiarze SEM 
ogniwa składającego się z elektrod : wskaźnikowej oraz porównawczej zanurzonych w 
badanym roztworze. 
Do pomiaru stosowana jest tzw. elektroda kombinowana, składająca się z elektrody szklanej i  
chlorosrebrowej elektrody odniesienia, umieszczonych we wspólnej obudowie.