Какво е значението на Ph скала?

Дори за тези, които биха предпочели да избягват да учат за наука, би било трудно да преговарят по света, без да чуват редовни препратки към нещо, наречено pH. Ако не е нужно да знаете какво е за клас по химия, вероятно ще видите препратки към нивото на рН и свързани термини като киселинност и алкалност, ако просто гледате няколко реклами за шампоани.

The скала на pH е инструмент, който химиците са измислили за измерване на това колко киселинно (или алкално, противоположно на „киселинното“) е решението. Той се използва всеки ден в безброй приложения, от проверка дали нивото на хлор във вашата гореща вана е където трябва да бъде да се позволи на биохимиците да измислят идеални условия за реакции, засегнати от киселинност до възникне.

Скалата на рН, както много инструменти, използвани във физическата наука, не е това, което бихте нарекли „интуитивна“ скала, като тази, която варира от 0 до 10 или от 1 до 100, използвана за типични резултати от теста или проценти. Но след като развиете дълбока оценка за това какво означава числото по отношение на поведението на молекулите във воден разтвор (молекули разтворени във съставни атоми и молекули във вода), цялата схема не само има смисъл, но отваря нови врати за изцяло ново разбиране на химия.

Съкращението pH означава „потенциал на водородни йони“. Терминът е измислен от датския биохимик Søren Sørenson, който дефинира "p" като инструкция за вземане на отрицателния логаритъм на концентрацията на водородни йони, написан [H⁺]. рН е отрицателният логаритъм на моларност на Н, което е мярка за общите йони на единица обем, а не маса на единица обем.

Математически дефиницията на рН е

В голяма част от физическата наука идеята за „концентрация“ се отнася по-скоро за маси от частици, отколкото за другите им свойства. Например, ако 5,85 грама (g) обикновена сол (натриев хлорид или NaCl) се разтварят в 1000 милилитра или mL (1 литър или L) вода (H₂O), след това можете да изразите концентрацията на натриев хлорид във вода в този случай като 5,85 g / L или 5,85 mg / mL или други еквивалентни единици.

В химията обаче "количеството" на дадено вещество е от значение не колко грама или килограми има, а колко отделни атоми или молекули има. Това е така, защото атомите и молекулите реагират помежду си въз основа на атомни и молекулни съотношения, а не съотношения на масата.

Различните видове атоми (т.е. различни елементи) имат различни маси с броя на грамовете 1 мол (6.02 × 10²³ отделни частици), дадени в "полето" на елемента в периодичната таблица на елементите (вижте Ресурсите).

Например една молекула Н₂О има два водородни атома и един кислороден атом. Всеки Н има маса около 1 g, докато О атом има маса под 16 g. По този начин, докато 16/18 = 88,9% от масата на водната молекула се състои от кислород, водата винаги има съотношение 2 към 1 от атомите Н към О.

Тази концепция се използва за установяване моларна концентрация, или молове на литър, обозначен М. Както се случва, моларната маса на Na е 23,0 g, а тази на хлора - 35,5 g, така че 1 мол (1 mol, при изчисления) NaCl има маса 58,5 g. 5,85 g е 1/10 от това, така че 5,85 g NaCl / 1 L = 0,1 М разтвор на NaCl,

Ако не сте запознати с логаритми или дневници, помислете за тях като за лесни начини за компресиране на истинската променливост на дадено количество в по-математически свързана форма. Дневниците са експоненти, обработвани в ненадредна форма, което изисква математическо финализиране и обикновено калкулатор.

Частта, която трябва да знаете, е това за всеки фактор от 10 увеличение на концентрацията на водородни йони, рН ще намалее с 1 цяло число и обратно. Това означава, че разтвор с рН 5,0 има десет пъти над [Н⁺] от разтвор с рН 6,0 и 1/1 000 [H⁺] от 3.0-рН разтвор.

• Както киселинната сила (т.е. присъщите свойства на отделните киселини), така и концентрацията на киселина (която можете да промените в лабораторията) определят рН на разтвора.

Както беше отбелязано, 1-моларен (1М) разтвор на чисти водородни йони (без асоцииран анион) има рН 0. Това не се наблюдава в природата и се използва като отправна точка за измерване на рН с помощта на електрод, който е част от рН-метър. Те са калибрирани, за да преобразуват разликите в напрежението между референтния разтвор и разтвора, който представлява интерес, в стойност на pH за последния.

1 къртица на йони на литър означава около 6,02 × 10²³ отделни молекули или атоми (т.е. отделни частици) на литър разтвор.

Общите стойности на pH включват около 1,5 за стомашна киселина, около 2 за сок от лайм, 3,5 за вино, 7 за чиста вода, около 7,4 за здрава човешка кръв, 9 за белина и 12 за домакински амоняк. Последните две съединения са силно базични и могат да нанасят физически щети точно както киселината може, макар и по различен механизъм.

Извиква се циркулиращ в кръвта анион бикарбонат (HCO³⁻), който се образува от вода и въглероден диоксид, поддържа кръвта до известна степен алкална и действа като "буфер" в случай на Н⁺ йони бързо се натрупват в кръвта, както при прекъсване на дишането за продължителни периоди.

Може би сте виждали реклами за "антиациди", които са вещества, които за разлика от киселините може да приема протони, често чрез даряване на хидроксилна (-ОН) група, която приема протона, за да образува вода молекула.

Произтичащото "измиване" на йони H + в стомаха от солната киселина, която стомахът отделя по естествен път, може да осигури облекчение от вредното въздействие на киселината върху вътрешните мембрани.

Пример: Какво е рН на разтвор с [H +] 4,9 × 10⁻⁷ М?

pH = −log [H⁺] = - дневник [4.9 × 10⁻⁷] = 6.31.

Обърнете внимание, че отрицателният знак отчита факта, че малките концентрации на йони, наблюдавани при измерване решенията биха произвели скала с отрицателни резултати в противен случай, поради отрицателните стойности на степента.

Пример: Каква е концентрацията на водородни йони в разтвор с рН 8,45?

Този път поставяте същото уравнение, което да използвате по малко по-различен начин:

8.45 = - дневник [H⁺], или −8,45 = log [H⁺].

За да разрешите, използвате факта, че числото в скоби е само основата на дневника, 10, повишен до стойността на самия дневник:

[Н +] = 10^−8.45 = 3.5 × 10⁻⁹ М.

Вижте Ресурсите за пример за инструмент, който ви позволява да манипулирате идентичността и концентрацията на киселини в разтвор при определяне на свързани стойности на pH.

Имайте предвид, че докато експериментирате с различни киселини в предоставения падащ списък и използвате различни моларни концентрации, ще го направите открийте интересен факт за рН: Това зависи както от идентичността на киселината (и по този начин нейната присъща сила), така и от нейната концентрация. Следователно по-слаба киселина с по-висока моларна концентрация може да доведе до разтвор с по-ниско рН от достатъчно разреден разтвор на по-силна киселина.