Калькулятор pH раствора

pH = −log₁₀[H⁺] pOH = −log₁₀[OH⁻] pH + pOH = 14 при 25 °C

pH

Показание, которое даёт электрод: минус десятичный логарифм концентрации ионов водорода. Изменение на единицу — это десятикратное изменение концентрации, поэтому шкалу стоит пересчитывать, а не оценивать на глаз

pOH

Тот же логарифм, взятый от концентрации гидроксид-ионов. При 25 °C это то, что остаётся, если вычесть pH из 14, поэтому два показателя всегда движутся в противоположные стороны

[H⁺]

Концентрация ионов водорода в молях на литр. Именно её даёт титрование или расчёт разведения, и именно её означает показание электрода

[OH⁻]

Концентрация гидроксид-ионов, тоже в молях на литр. В воде эти две величины связаны жёстко: их произведение равно 1 × 10⁻¹⁴ при 25 °C, поэтому, зная одну, вы знаете и другую

Он нужен, когда число приходит в одной форме, а следующему шагу нужна другая: электрод даёт pH, а расчёт требует концентрацию, или разведение даёт концентрацию, а на этикетке нужно написать pH. Вторая причина зайти сюда — проверить собственную работу: раствор не может быть одновременно 0,001 моль/л по ионам водорода и pH 5, и если ввести оба числа, страница скажет об этом, а не выберет одно молча. Шкала pH здесь идёт от 0 до 14, и это покрывает разбавленные водные растворы при 25 °C: концентрированные сильные кислоты и основания в неё не укладываются.

1. Чистая вода — тот pH, который знают все

   1. Дан pH 7, значит [H⁺] = 10⁻⁷ моль/л
   2. Гидроксид-ионов столько же по симметрии: 10⁻⁷ моль/л
   3. pOH равен 14 − 7 = 7, и это и есть определение нейтральности
   4. В микромолях на литр обе концентрации читаются как 0,1 мкмоль/л

   Нейтральная вода — единственное состояние, где все строки читаются легко: 0,0000001 моль/л в одной строке и 0,1 мкмоль/л в следующей — одно и то же число, записанное в двух масштабах. Ровно поэтому панель несёт обе строки: при pH 3,5 концентрация гидроксид-ионов в первой из них равна 0,00000000 моль/л, и только строка микромолей делает её снова различимой.

2. Сильная кислота, введённая концентрацией

   1. 0,001 моль/л — это 1 × 10⁻³ моль/л
   2. Берём отрицательный логарифм: из 10⁻³ получается ровно pH 3
   3. pOH — то, что осталось: 14 − 3 = 11
   4. Гидроксид-ионов 10⁻¹¹ моль/л, или 0,00001 мкмоль/л
   5. Поле pH осталось пустым, и ответ пришёл из концентрации

   Один вход — четыре значения: поле pH здесь пустое, и это не незаполненная форма, потому что любая одна из четырёх величин задаёт состояние целиком. Концентрация введена в миллимолях после переключения выбора единиц, и она переводится в моли на литр до того, как берётся логарифм. Это то положение, в котором оставляет расчёт разведения: вы знаете, что приготовили, а предсказываете показание прибора.

3. Сильная кислота на краю диапазона, где одна строка читается как ноль

   1. pH 1 означает [H⁺] = 10⁻¹ = 0,1 моль/л — это примерно лабораторная соляная кислота
   2. pOH = 14 − 1 = 13
   3. Гидроксид-ионов 10⁻¹³ моль/л, то есть 0,00000000 при восьми знаках после запятой
   4. Их вытягивает строка микромолей: 10⁻¹³ моль/л — это 0,0000001 мкмоль/л

   Строка гидроксид-ионов показывает здесь 0, и это у записи кончились десятичные знаки, а не ион исчез — в воде он есть всегда. Десятая доля моля ионов водорода на литр — сильный край того, что покрывает эта страница; шагните дальше, и активность ионов перестанет совпадать с их концентрацией, а на этом совпадении держится весь логарифм.

Всё здесь предполагает 25 °C. Ионное произведение воды зависит от температуры — около 1 × 10⁻¹⁴ при 25 °C, но ближе к 5 × 10⁻¹³ при 100 °C, — поэтому pH плюс pOH равно 14 только вблизи комнатной температуры, а нейтральная вода у точки кипения смещается к pH 6,1. Поля для температуры нет, потому что стандартная кривая pK от температуры различается у разных источников, и неверная кривая была бы хуже честно названного ограничения. Формула к тому же определена через активность, а не через концентрацию, и эти две величины совпадают только в разбавленном растворе — поэтому pH и удерживается в диапазоне от 0 до 14: у концентрированной кислоты осмысленного показания электрода нет вообще.

Как посчитать pH по концентрации?

Возьмите десятичный логарифм концентрации ионов водорода и поменяйте знак. Концентрация 0,001 моль/л — это 1 × 10⁻³, значит pH равен 3; 0,0001 моль/л даёт 4; 1 моль/л даёт 0. Обратный ход — возвести десять в степень с обратным знаком: pH 7 — это 10⁻⁷ моль/л. Страница принимает оба направления, поэтому можно ввести то число, которое у вас есть, и прочитать то, которое нужно.

Что значит pH 3,5 для концентрации гидроксид-ионов?

Это 10⁻¹⁰·⁵ моль/л, то есть 3,16 × 10⁻¹¹ моль/л — настолько мало, что строка молей на литр показывает 0,00000000, и только строка микромолей ещё несёт это значение: 0,00003162 мкмоль/л. Обе строки верны, это одна и та же величина в двух масштабах. Нули появляются там, где кончается фиксированное число десятичных знаков, а не там, где исчезает ион.

Почему pH плюс pOH всегда равно 14?

Потому что произведение двух ионных концентраций при данной температуре постоянно. При 25 °C эта постоянная равна 1 × 10⁻¹⁴, а взятие отрицательного логарифма от обеих частей превращает произведение в сумму: pH + pOH = 14. На самом деле постоянная не постоянна: при 100 °C она близка к 5 × 10⁻¹³, поэтому сумма становится около 12,3, а нейтральная вода оказывается вблизи pH 6,1. Всё на этой странице — при 25 °C.

pH может быть отрицательным или больше 14?

В принципе да: раствор сильной кислоты 10 моль/л дал бы pH −1. На практике электрод этого не прочитает, потому что pH определён через активность иона водорода, а активность перестаёт следить за концентрацией, как только раствор становится концентрированным — в кислоте 1 моль/л коэффициент активности уже около 0,8. Эта страница удерживает pH в диапазоне от 0 до 14, то есть там, где работает допущение о разбавленном растворе, и концентрация, выводящая за его пределы, отклоняется.

Что будет, если два введённых значения не сойдутся?

Страница сообщит о расхождении и откажется отвечать, а не выберет одно из них. Двум значениям разрешено расходиться на 0,05 единицы pH, а это около 12 % разницы по концентрации — ширина ошибки при переносе двух-трёх значащих цифр вручную. Дальше это уже настоящее противоречие: pH 3 и 0,0005 моль/л расходятся на 0,30 единицы, в шесть раз больше допуска, и одно из двух чисел — ошибка. Введите одно значение, и никакого сравнения не будет.

• SI Units — Amount of Substance: the mole — National Institute of Standards and Technology (NIST)
• The International System of Units (SI Brochure) — Bureau International des Poids et Mesures (BIPM)
• IUPAC Gold Book — amount of substance — International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)