Теория
Вода, даже химически чистая, проводит ток: часть её молекул распадается на ионы \(\mathrm{H}^+\) и \(\mathrm{OH}^-\). При 25 °C произведением их концентраций всегда остаётся постоянная величина \(10^{-14}\), откуда и следует правило \(\mathrm{pH} + \mathrm{pOH} = 14\).
Водородный показатель — это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода: \(\mathrm{pH} = -\lg[\mathrm{H}^+]\). Логарифм превращает огромный диапазон концентраций (от 1 до \(10^{-14}\) моль/л) в удобную шкалу от 0 до 14. Обратный переход тоже прост: \([\mathrm{H}^+] = 10^{-\mathrm{pH}}\).
По значению pH судят о среде раствора: меньше 7 — кислая, ровно 7 — нейтральная, больше 7 — щелочная. У сильной одноосновной кислоты диссоциация полная, поэтому \(\mathrm{pH} = -\lg C\); у сильного основания так же считают \(\mathrm{pOH} = -\lg C\), а pH находят вычитанием из 14.
Важно: шкала pH логарифмическая: изменение pH на единицу означает изменение концентрации ионов в 10 раз.
Пример с решением
- Условие. Найдите pH и pOH раствора с концентрацией ионов водорода 0,001 моль/л и определите среду.
- Формулы. \(\mathrm{pH} = -\lg[\mathrm{H}^+]\) и \(\mathrm{pOH} = 14 - \mathrm{pH}\).
- Подстановка. \(\mathrm{pH} = -\lg 10^{-3}\).
- Вычисление. \(\mathrm{pH} = 3\), \(\mathrm{pOH} = 14 - 3 = 11\).
- Ответ. pH = 3, pOH = 11, среда кислая: ионов водорода в десять тысяч раз больше, чем в нейтральном растворе. Калькулятор в режиме «pH по концентрации [H⁺]» при C = 0,001 моль/л даёт те же значения.
Главное
- Определение: \(\mathrm{pH} = -\lg[\mathrm{H}^+]\), обратно \([\mathrm{H}^+] = 10^{-\mathrm{pH}}\).
- Связь: \(\mathrm{pH} + \mathrm{pOH} = 14\) при 25 °C.
- Среда: pH меньше 7 — кислая, 7 — нейтральная, больше 7 — щелочная.
- Сильные электролиты диссоциируют полностью, поэтому \(\mathrm{pH} = -\lg C\).