Особливі розчини
В рамках оперативного визначення шкали кислотності середовища (pH) IUPAC визначає серію буферних розчинів у діапазоні значень рн (часто позначається NBS або NIST). Ці розчини мають відносно низьку іонну силу (≈0,1) порівняно з морською водою (≈0,7) і, як наслідок, не рекомендуються для використання при характеристиці pH морської води, оскільки відмінності в іонній силі викликають зміни потенціалу електрода. Щоб вирішити цю проблему, була розроблена альтернативна серія буферів на основі штучної морської води.
Ця нова серія вирішує проблему відмінностей іонної сили між зразками і буферами, а нова шкала кислотності рН середовища називається загальною шкалою, часто позначається як рНТ. Загальний масштаб визначався з використанням середовища, що містить сульфат-іони. Ці іони відчувають протонирование, H+ + SO2-4 ⇌ HSO-4, так що загальний масштаб включає в себе вплив як протонів (вільних іонів водню), так і іонів сірководню:
[H+] T = [H+] F + [HSO-4].
Альтернативна вільна шкала, часто позначається як pHF, опускає це уваги і фокусується виключно на [H+] F, в принципі роблячи її більш простим поданням концентрації іонів водню. Можна визначити тільки [H+] T, тому слід оцінювати [H+] F з використанням [SO2-4] і константою стійкості HSO-4, * S:
[H +] F = [H+] T – [HSO-4] = [H+] T (1 + [SO2-4] / К *S) -1.
Проте складно оцінити K * S в морській воді, обмежуючи корисність більш простої вільної шкали.
Інша шкала, відома як шкала морської води, часто звана pHSWS, враховує подальшу протонну зв’язок між іонами водню і фторид-іонами H+ + F- ⇌ HF. У результаті виходить наступне вираз для [H+] SWS:
[H+] SWS = [H+] F + [HSO-4] + [HF]
Однак перевага розгляду цієї додаткової складності залежить від вмісту фтору в середовищі. Наприклад, у морській воді сульфат-іони зустрічаються в більш високих концентраціях (> 400 разів), ніж концентрації фтору. Як наслідок, для більшості практичних цілей різниця між загальною шкалою та шкалою морської води дуже мала.
Наступні три рівняння підсумовують три шкали pH:
pHF = – log [H+] FpHT = – log ([H+] F + [HSO-4]) = – log [H+] TpHSWS = – log ([H+] F + [HSO-4] + [HF]) = – log [H+]
З практичної точки зору три шкали рн кислотного середовища (або морської води) розрізняються за своїм значенням до 0,12 одиниць pH, причому розходження набагато більше, ніж зазвичай потрібно для точності вимірювань pH, зокрема, щодо карбонатної системи океану.
