Odczyn roztworów
Reklamy środków higieny jamy ustnej informują, że aby przywrócić prawidłowy odczyn (pH) śliny, należy myć zęby lub żuć gumę po każdym posiłku. Z innych reklam dowiadujemy się, że idealne do delikatnej skóry jest mydło o pH równym 5,5. Co to jest pH i o czym informuje? Jaki jest zakres skali pH? Czy pH = 5,5 to mało, czy dużo? Jak można zmierzyć pH?
![Zdjęcie przedstawia dwie cytryny. Z prawej strony kadru przekrojona połówka cytryny wnętrzem skierowana w stronę obserwatora zdjęcia. Na fotografii pokazana jest mniej niż połowa owocu od środka w lewą stronę od góry i od dołu przycięta przez krawędzie kadru. W tle skórka drugiego, całego owocu objęta obszarem nieostrości.](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/RoN2krTFAr0Nc/5/1jqRlOtYPjnT93AcvMlUhr5YQzmSUSTn.jpg)
w jaki sposób zdefiniować pojęcia kwas, wodorotlenek i zasada;
czym są wskaźniki kwasowo‑zasadowe i jakie jest ich zabarwienie w wodzie, w zasadach i kwasach;
w jaki sposób wyjaśnić pojęcie dysocjacji elektrolitycznej.
objaśniać, czym są odczyn roztworu oraz skala pH;
wyznaczać wartości pH badanych próbek.
1. Odczyn roztworu – skala pH
Jaki odczyn mają wybrane produkty z najbliższego otoczenia?
Produkty z najbliższego otoczenia mają różny odczyn.
wywar z czerwonej kapusty,
ocet,
sok z cytryny,
pasta do zębów,
mydło,
płyn do odrdzewiania,
płyn do prania,
roztwór wodny preparatu do udrożniania rur,
sól kamienna,
cukier,
woda destylowana,
10 szalek Petriego.
Na pięć kolejnych szalek Petriego wlej: wodę destylowaną, ocet i sok z cytryny oraz roztwór: płynu do odrdzewiania, płynu do prania, płynu do udrożniania rur.
Sporządź zawiesinę pasty do zębów w wodzie i umieść ją na szalce Petriego.
Sporządź wodne roztwory: mydła, soli kamiennej, cukru i wlej je na szalki Petriego.
Do każdej próbki dodaj kilka kropli wywaru z czerwonej kapusty.
Obserwuj zachodzące zmiany.
Ocet, sok z cytryny, mydło w płynie, płyn do odrdzewiania mają odczyn kwasowy. Woda destylowana, roztwór soli kamiennej i roztwór cukru wykazują odczyn obojętny; natomiast tradycyjne mydło, pasta do zębów, płyn do prania, płyn do udrażniania rur – odczyn zasadowy.
Obecne w kwasach kationy wodoru powodują zmianę barwy wskaźnika – wywaru z czerwonej kapusty – z fioletowej na czerwoną. W roztworach wodorotlenków (zasad) znajdują się aniony wodorotlenkowe , które wywołują zmianę barwy wywaru z kapusty z fioletowej na zieloną.
Uniwersalne papierki wskaźnikowe w środowisku kwasowym barwią się na czerwono, a w zasadowym – na zielono lub niebiesko.
Miarą kwasowości i zasadowości roztworu jest skala pHskala pH. Przyjmuje ona wartości 0–14.
![Ilustracja przedstawia skalę pH wraz z kolorystyką uniwersalnych papierków wskaźnikowych oraz wywaru z czerwonej kapusty w zależności od odczynu środowiska. Jest podzielona na dwie części, z których każda oznaczona jest liczbą w lewym górnym rogu. Górna część ilustracji, nosząca numer jeden przedstawia za pomocą ustawionej w poziomie osi skalę kwasowości od zera do czternastu z podziałem co jeden stopień. Środek skali, wartość 7 jest wyróżniona i opisana jako odczyn obojętny. Pod osią za pomocą barwnych prostokątów prezentowana jest zmiana kolorystyki uniwersalnego papierka wskaźnikowego w zależności od odczynu. W zakresie od zera do trzech jest to barwa czerwona, która w zakresie od trzech do pięciu przechodzi stopniowo w pomarańczową, a następnie w żółtą, charakterystyczną dla odczynu obojętnego. Środowisko zasadowe rozpoczyna się barwami morskimi, które w okolicach jedenastu przechodzą w kolor intensywnie niebieski, a następnie stopniowo w granatowy. Dolna część ilustracji, nosząca numer dwa przedstawia skalę dla wywaru z czerwonej kapusty. Skala ma postać poziomej strzałki, której lewy koniec oznaczony jest jako zero, a prawy jako czternaście pH. Nad strzałką prezentowane są barwne koła o kolorystyce typowej dla danego odczynu. Nie jest to klasyfikacja ścisła, ponieważ wywar z czerwonej kapusty nie jest sklasyfikowany jako precyzyjny wskaźnik. Przejścia kolorów pokrywają się z informacjami zawartymi w galerii na początku tej strony: odczynowi kwasowemu odpowiadają barwy ciepłe od czerwieni po głęboką purpurę, odczyn obojętny, czyli siedem pH to fiolet, natomiast odczyn zasadowy w zależności od stopnia zasadowości wyróżniają barwy niebieska, morska, zielona i żółta.](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/R1FTHiSyhfyDX/6/iaq4qutDYATVtZIlQ9fmpDV8XcFW6KxW.png)
pH < 7 odczyn kwasowy;
pH = 7 odczyn obojętny;
pH > 7 odczyn zasadowy.
![Ilustracja przedstawia zachowanie uniwersalnych papierków wskaźnikowych w roztworach o różnym odczycie. W środkowej części obrazka znajduje się podpisane zdjęcie nieużywanego uniwersalnego papierka wskaźnikowego leżącego na szkiełku zegarkowym. Papierek ma kolor żółtopomarańczowy. Powyżej w jednym szeregu umieszczono trzy zdjęcia przedstawiające papierki włożone do roztworów znajdujących się w szklanych szalkach Petriego. Roztwór z lewej strony ma odczyn mocno kwasowy, część zanurzona papierka przybrała barwę wiśniową. Roztwór na zdjęciu centralnym jest neutralny, ponieważ papierek jest wilgotny, ale praktycznie nie zmienił koloru. Roztwór po prawej stronie jest mocno zasadowy, ponieważ mokra część papierka ma kolor granatowy. W dolnej części ilustracji znajduje się skala kwasowości wraz z kodem barwnym papierków wskaźnikowych, jakie papierki te przybierają w środowiskach o różnym odczynie. Kolorystyka ta zmienia się od barwy czerwonej dla niskich wartości pH, przez pomarańczową, żółtą, zieloną, niebieską, fioletową, aż do ciemnofioletowej. dla pH wysokich.](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/R1NgyAXmwu3RL/6/2HhJ1pLxp7NPKyZZMaVoFF6q0WXZLe5E.png)
Skala pH została wprowadzona na początku XX wieku przez Sørena Sørensena (czyt. sorena sorensena). Zmiana pH o 1 jednostkę powoduje 10‑krotną zmianę kwasowości/zasadowości, a zmiana o 2 jednostki – 100‑krotną zmianę kwasowości/zasadowości.
*Symbol „p” jednostki pH pochodzi od łacińskiego potentio = potęga, zaś „H” jest symbolem chemicznym wodoru, dlatego ma postać wielkiej litery.
Wzrokowe porównanie barwy wskaźników ze wzorcem, np. barwną skalą pH na opakowaniu, pozwala jedynie na przybliżone określenie odczynu roztworu. Do dokładnego wyznaczenia wartości pH roztworu służy m.in. przyrząd zwany pehametrem. Jest on stosowany w laboratoriach chemicznych, medycznych, rolnictwie czy kosmetologii.
![Ilustracja przedstawia trzy zdjęcia różnych instrumentów wskaźnikowych. Zdjęcie po lewej stronie, oznaczone liczbą jeden przedstawia białe papierki wskaźnikowe z żółtymi końcówkami przeznaczonymi do dokonywania prób odczynu wystające z białej okrągłej buteleczki. Etykietka na butelce zawiera kod barwny pozwalający odcyfrować wyniki pomiarów. Zdjęcie środkowe o numerze dwa przedstawia tasiemkę wskaźnikową w postaci rolki, z której można odrywać kawałki o wybranej długości. Kod barwny, a także informacje na temat zakresu skali pomiarów, wynoszącej od jednego do dziesięciu pH znajduje się na boku opakowania. Zdjęcie po prawej stronie, oznaczone numerem trzy, przedstawia pehametr, przyrząd elektroniczny służący do dokonywania pomiarów odczynu. Składa się z korpusu z przyciskami i wyświetlaczem, a także sondy na długim przewodzie, której koniec umieszcza się w badanej substancji. Na zdjęciu sonda znajduje się w zlewce z niebieskim roztworem, a pehametr jest włączony i dokonuje pomiaru.](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/R17tL3swqWOYR/6/1v3inZe1fZ1TzVncsqQTJ1vfAotqvHBL.png)
Pehametr składa się z czujnika zwanego elektrodą, którą zanurza się w badanym roztworze, i wyświetlacza, z którego odczytuje się wartość liczbową pH. Niektóre pehametry są wyposażone w termometry, ponieważ temperatura ma wpływ na pomiar.
Do badania odczynu może być stosowany także tzw. wskaźnik uniwersalnywskaźnik uniwersalny, który jest mieszaniną kilku wskaźników. Zmienia on barwę przy różnych wartościach pH. W kwasach przyjmuje barwę czerwoną, a w zasadach – barwy od zielonej do niebieskiej.
Do badania pH gleby – w celu określenia jej przydatności i określenia sposobu jej nawożenia – możemy użyć kwasomierza glebowego. Jest to zestaw składający się z płynu Helliga (odpowiednio dobranej kompozycji wskaźników), ceramicznej płytki ze skalą oraz łyżeczki.
Pomiar polega na obserwacji i ocenie zmiany barwy płynu Helliga.
Sposób pomiaru:
Za pomocą łyżeczki włóż niewielką ilość gleby do wgłębienia w płytce kwasomierza.
Dodawaj kroplami płyn Helliga aż do całkowitego zwilżenia gleby i utworzenia cienkiej warstwy płynu nad glebą.
Po około 2–3 minutach przechyl płytkę tak, aby płyn wskaźnikowy znalazł się w podłużnym kanaliku.
Barwę płynu porównaj ze skalą i odczytaj pH gleby.
R10THXEJDTLpD1 Kwasomierz glebowy
Wzorując się na doświadczeniu 1., zbadaj za pomocą uniwersalnych papierków wskaźnikowych pH produktów spożywczych i środków czystości. Zapisz obserwacje i wnioski.
Porównaj swoje wyniki z przedstawionymi na ilustracji poniżej.
![Kolorowa tabela opisująca odczyn przykładowych substancji w skali pH. W dolnej części ilustracji znajduje się skala ponumerowana od zera do czternastu. W centralnej części umieszczono rysunki różnych przedmiotów, obiektów naturalnych i substancji, a w górnej części ich nazwy. Z tabeli można się dowiedzieć, że kwas żołądkowy ma odczyn pH wynoszący 1, sok z cytryny dwa, winogrona trzy, pomidory cztery, banany pięć, mydło w płynie pięć i pół, mleko sześć, woda destylowana siedem (a więc jest obojętna), białko jajka kurzego osiem, mydło tradycyjne osiem i pół, soda dziewięć, płyn do prania dziesięć, wybielacz jedenaście, płyn do czyszczenia piekarnika dwanaście, a płyn do udrażniania rur trzynaście.](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/R1K4J0FIO4l2A/6/1n8rWxBvAPQqRgSl78COefUYWcq5Yazz.png)
2. Odczyn roztworu w życiu codziennym
Znajomość wartości pH ma duże znaczenie praktyczne, m.in. przy produkcji lekarstw (poza substancją czynną leki zawierają warstwę osłonową, która chroni np. przełyk przed niekorzystnym pH) czy kosmetyków (np. obecnie oferuje się mydła w płynie o odczynie zbliżonym do naturalnego odczynu skóry człowieka – odczyn lekko kwasowy, który ma działanie bakteriobójcze).
Wartość pH gleby decyduje o jej przydatności do uprawy określonych typów roślin. Od odczynu gleby zależą jakość i wysokość plonów. Dla większości roślin pH jest optymalne w zakresie 5,6–7,8, jednak w przypadku każdego gatunku jest to wartość indywidualna.
Roślina | Optymalne pH |
ziemniaki | 4,5–6,0 |
żyto, len | 5,0–6,5 |
ogórek, marchew | 5,5–6,5 |
pomidor, czosnek | 5,5–7,5 |
pszenica, jęczmień, rzepak | 6,0–6,5 |
burak cukrowy, groch, kukurydza | 6,5–7,0 |
drzewa owocowe | 6,5–7,5 |
Płyny ustrojowe w organizmie człowieka mają różne pH, np. sok żołądkowy ma pH = 1,0–1,5, wydzielina trzustki – 7,5–8,8, zaś pH krwi utrzymuje się w granicach 7,35–7,45. Zarówno zbyt niskie, jak i zbyt wysokie pH jest przyczyną wielu chorób. Spadek wartości pH poniżej 6,8 wywołuje tzw. kwasicę, a wzrost powyżej pH 7,45 – zasadowicę. Problem ten może pojawić się podczas uszkodzenia któregoś z narządów odpowiedzialnych za wydalanie toksyn, np. nerek lub płuc, przez co zaczynają one gorzej funkcjonować.
Większość gatunków ryb żyje w wodzie o wartości pH = 6–8. Obniżenie pH wody do poziomu poniżej 5 powoduje nienaturalne zachowanie ryb, polegające na wykonywaniu gwałtownych ruchów, oraz pojawienie się niebieskiego zabarwienia na skórze. Przy pH wyższym niż 8 skóra ryb pokrywa się śluzem, łuski mętnieją, a płetwy strzępią się i odpadają.
Hortensja ogrodowa na glebach bogatych w glin zmienia ubarwienie kwiatów w zależności od kwasowości gleby i przybiera kolor:
intensywnie niebieski przy pH = 4,5,
niebieski przy pH = 5,1,
niebieskoróżowy przy pH = 5,5,
ciemnoróżowy przy pH = 6,5,
różowy przy pH = 6,9,
jasnoróżowy przy pH = 7,4.
RwSigA7MMpAAs1
Wskaźnik z płatków czerwonej pelargonii
Czerwona pelargonia, podobnie jak czerwona kapusta, może okazać się wygodnym w użyciu wskaźnikiem. W tym celu należy pokrojone płatki zalać gorącą wodą i poczekać 20 minut. Następnie wywar przesączyć przez filtr, np. do kawy, i zachować do badań.
![Ilustracja przedstawia wykonane z bliska zdjęcie czerwonych kwiatów pelargonii w pełnym rozkwicie. Nad zdjęciem znajduje się skala barwna informująca o tym, jak zmienia się kolor kwiatów w zależności od odczynu środowiska. Płatki naturalnie czerwone w kontakcie z substancjami o różnym roztworze zmieniają kolor na jasnoczerwony przy pH 3, pomarańczowy przy pH 5, żółty przy pH 9, bladoniebieski przy pH 11, zielony przy pH 13 i intensywnie pomarańczowy przy pH 15.](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/RuDtl0KF4qMfr/6/1FRv7eOu91ysCQVCC1D2juuUjmSWzGRj.png)
Dobrym wskaźnikiem jest czerwona cebula, która w środowisku kwasowym ma kolor bladoczerwony, zaś w zasadowym – zielony.
Wskaźnikami zapachowymi są cebula i olejek wanilinowy, które w środowisku silnie zasadowym nie wydzielają charakterystycznych zapachów.
Podsumowanie
Miarą kwasowości i zasadowości roztworu jest skala pH, którą ilościowo opisują liczby 0–14.
Roztwór ma odczyn kwasowy, gdy pH < 7.
Roztwór ma odczyn obojętny przy pH = 7.
Roztwór ma odczyn zasadowy, gdy pH > 7.
Im wyższe stężenie jonów wodoru , tym roztwór przyjmuje niższe wartości pH.
Im wyższe stężenie jonów wodorotlenkowych , tym roztwór przyjmuje wyższe wartości pH.
Przygotuj infografikę przedstawiającą skalę pH wraz z naniesionymi wartościami popularnych produktów spożywczych i środków czyszczących.
Uzasadnij wybór uniwersalnego papierka wskaźnikowego jako wskaźnika kwasowo‑zasadowego do odróżnienia wody, zasady i kwasu.
Opisz zastosowanie skali pH.
*Zbadaj pH soku z cytryny i płynu do prania w temperaturze 25 i 15°C. Porównaj otrzymane wartości.
*Zbadaj pH śliny przed posiłkiem, po posiłku oraz po umyciu zębów lub żuciu gumy bez cukru. Otrzymane dane przedstaw w postaci tabeli i wykresu.
Słowniczek
właściwość roztworu wynikająca ze stężenia jonów i w roztworze
ilościowa miara kwasowości i zasadowości roztworu
![Czarno biała fotografia duńskiego biochemika Sorena Sorensena.](https://static.zpe.gov.pl/portal/f/res-minimized/R1e6jgMXFN8Df/5/2HppjFbC5RLMRDlzBPyMaIImYtVHi4N1.jpg)
Søren Sørensen
Duński biochemik. W 1909 r. wprowadził wygodny sposób wyrażenia kwasowości i zasadowości – skalę pH. W latach 1901–1938 był szefem laboratorium Carlsberga w Kopenhadze.
mieszanina kilku wskaźników, która zmienia barwę przy różnych wartościach pH; w kwasach przyjmuje barwę czerwoną, a w zasadach – od zielonej do niebieskiej
substancje, które zmieniają barwę w roztworach o różnym odczynie
Zadania
Uzupełnij luki, wybierając poprawne wyrażenia.
czerwoną, żółtą, malinową, czerwoną, niebieską, fioletową, fioletowoniebieską, czerwoną, bezbarwną, żółtą, żółtopomarańczową, malinową, czerwoną, bezbarwną, zieloną, bezbarwną, żółtą, niebieską, zieloną
Wskaźniki przyjmują różne barwy w zależności od środowiska.
• Uniwersalny papierek wskaźnikowy przyjmuje barwy:
- w kwasie ............................................
- w wodzie ............................................
- w zasadzie ............................................
• Oranż metylowy przyjmuje barwy:
- w kwasie ............................................
- w wodzie ............................................
- w zasadzie ............................................
• Fenoloftaleina przyjmuje barwy:
- w kwasie ............................................
- w wodzie ............................................
- w zasadzie ............................................
• Wywar z czerwonej kapusty przyjmuje barwy:
- w kwasie ............................................
- w wodzie ............................................
- w zasadzie ............................................
Uporządkuj nazwy podanych środków czystości zgodnie z ich malejącą kwasowością.
- płyn do czyszczenia piekarnika pH = 12
- soda oczyszczona pH = 9
- odkamieniacz pH = 3
- mydło pH = 5
- wybielacz pH = 11
- woda z solą kamienną pH = 7
W roztworze o odczynie zasadowym pH przybiera wartości:
- większe od 7.
- mniejsze od 7.
- równe 7.
- od 7 do 14.
- od 0 do 7.
Wskaż, które zdania są prawdziwe, a które – fałszywe.
Prawda | Fałsz | |
Jeżeli pH = 5, to znaczy, że roztwór ma odczyn zasadowy. | □ | □ |
Jeżeli pH = 3, to znaczy, że roztwór ma odczyn kwasowy. | □ | □ |
Jeżeli pH =7, to znaczy, że roztwór ma odczyn obojętny. | □ | □ |
Jeżeli pH = 3, to znaczy, że w roztworze jest więcej jonów niż jonów . | □ | □ |
Jeżeli pH = 9, to znaczy, że w roztworze jest więcej jonów niż jonów . | □ | □ |
Oddana do analizy próbka wody miała pH = 4,5. Oznacza to, że jej odczyn był
- kwasowy.
- zasadowy.
- obojętny.