pH-калькулятор: Онлайн-конвертация концентрации H+ в значение pH

Что такое калькулятор значения pH?

Калькулятор значения pH преобразует концентрацию ионов водорода в значение pH. Он использует формулу pH = -log10([H+]), где [H+] — концентрация ионов водорода в растворе, выраженная в молях на литр (моль/л). Результат показывает положение раствора на шкале pH, которая обычно простирается от 0 до 14 и указывает, является ли раствор кислым, нейтральным или щелочным.

Что такое pH?

pH означает «мощность водорода». Этот показатель характеризует количество ионов водорода, растворённых в жидкости. Ион водорода — это отдельный протон, записываемый как H+. Раствор с большим количеством ионов водорода является кислым. Раствор с небольшим количеством ионов водорода является основным, то есть щелочным. Чистая вода находится посередине, при pH 7, и считается нейтральной.

Концентрация ионов водорода обычно представляет собой очень малое число, например 0,0001 mol/л или 0,0000001 mol/л. Датский химик Сёрен Сёренсен ввёл шкалу pH в 1909 году, чтобы химики могли записывать такие малые числа в виде простых и удобных значений.

Формула pH

Формула для pH имеет вид:

pH = -log₁₀[H+]

• pH — это результат, обычно число от 0 до 14.
• [H+] — концентрация ионов водорода в молях на литр (моль/л).
• log₁₀ — логарифм по основанию 10.

ИЮПАК определяет pH через активность ионов водорода, а не через концентрацию. Активность — это эффективная концентрация с учётом взаимодействия ионов друг с другом. В разбавленных растворах эти два значения близки, поэтому данный калькулятор использует концентрацию.

Знак минус меняет знак логарифма, поэтому большее количество ионов водорода соответствует меньшему pH, а меньшее количество — большему pH. Зависимость всегда обратная: большее значение [H+] означает меньший pH, а меньшее значение [H+] — больший pH.

Поскольку формула содержит логарифм, каждый целый шаг на шкале pH соответствует десятикратному изменению концентрации ионов водорода. В растворе с pH 4 ионов водорода в десять раз больше, чем в растворе с pH 5, и в сто раз больше, чем в растворе с pH 6.

Как рассчитать pH по концентрации ионов водорода

1. Определите концентрацию ионов водорода в моль/л.
2. Вычислите логарифм этого числа по основанию 10.
3. Умножьте результат на -1.

Концентрация должна быть больше 0 mol/л. Логарифм 0 не определён, поэтому калькулятор запрашивает положительное число, а не возвращает результат. При открытии калькулятор подставляет [H+] = 1 × 10⁻⁷ mol/л — значение для чистой воды при 25 °C, которому соответствует pH 7,00.

Пример 1

Концентрация ионов водорода в растворе составляет 1 × 10⁻⁴ mol/л.

pH = -log₁₀(1 × 10⁻⁴) = -(-4) = 4,00

Раствор является кислым, поскольку его pH ниже 7.

Пример 2

Концентрация ионов водорода в растворе составляет 6,3 × 10⁻⁵ mol/л.

pH = -log₁₀(6,3 × 10⁻⁵) ≈ 4,20

Этот раствор также является кислым. Он немного менее кислый, чем приведённый выше раствор с pH 4,00, поскольку содержит меньше ионов водорода.

Шкала pH: кислая, нейтральная и щелочная среда

• pH ниже 7: кислый раствор (больше ионов водорода)
• pH равен 7: нейтральный раствор (чистая вода при 25 °C)
• pH выше 7: щелочной раствор (меньше ионов водорода)

Обычно шкалу показывают от 0 до 14, хотя у неё нет фиксированных нижнего и верхнего пределов. Очень концентрированные кислоты могут иметь значение ниже 0, а очень концентрированные основания — выше 14.

Более высокое значение pH всегда означает меньшую концентрацию ионов водорода, а не большую. Например, в растворе с pH 4,05 ионов водорода меньше — примерно 8,9 × 10⁻⁵ mol/л, — чем в растворе с pH 4,00, где их концентрация составляет 1,0 × 10⁻⁴ mol/л. Это важно при проверке показаний pH-электрода по эталонному буферному раствору. Если прибор показывает pH 4,05 вместо ожидаемого значения pH 4,00 для буферного раствора, он регистрирует немного меньшую концентрацию ионов водорода, чем содержится в буфере, и электрод может потребовать повторной калибровки.

Часто задаваемые вопросы

Как рассчитать pH по концентрации ионов водорода?

Вычислите логарифм концентрации ионов водорода в моль/л по основанию 10, затем умножьте его на -1. При [H+] = 1 × 10⁻⁵ mol/л pH = -log₁₀(10⁻⁵) = 5,00.

В чём разница между pH и концентрацией ионов водорода?

Они описывают одно и то же свойство в двух формах. [H+] — это концентрация в моль/л. pH — её отрицательный логарифм по основанию 10. Шкала pH преобразует очень малые значения концентрации в простые числа, примерно от 0 до 14.

Означает ли более высокий pH большее или меньшее количество ионов водорода?

Меньшее. Из-за знака минус в формуле pH и концентрация ионов водорода изменяются в противоположных направлениях. Более высокий pH всегда соответствует меньшему значению [H+], а более низкий pH — большему значению [H+].

Может ли pH быть отрицательным или превышать 14?

Да, хотя это встречается редко. Очень концентрированные кислоты могут иметь pH ниже 0, а очень концентрированные основания — pH выше 14. Значения pH большинства обычных растворов находятся в диапазоне от 0 до 14.

Каков pH чистой воды?

Чистая вода имеет pH 7,00 при 25 °C и концентрацию ионов водорода 1 × 10⁻⁷ mol/л. Это значение определено как нейтральное и находится посередине между кислой и щелочной средой на стандартной шкале.

Влияет ли температура на расчёт pH?

Формула pH = -log₁₀[H+] не изменяется с температурой. Однако концентрация ионов водорода в нейтральной воде меняется с температурой, поэтому значение pH, соответствующее нейтральной среде, при температурах, отличных от 25 °C, немного отклоняется от 7,00.