Jaký je význam stupnice Ph?

I pro ty, kteří by se raději vyhýbali poznávání vědy, by bylo obtížné vyjednávat o světě, aniž by slyšeli pravidelné odkazy na něco, čemu se říká pH. Pokud nemusíte vědět, co to je pro chemickou třídu, pravděpodobně uvidíte odkazy na hladinu pH a související výrazy, jako je kyselost a zásaditost, pokud budete sledovat pouze několik reklam na šampony.

The pH stupnice je nástroj, který chemici navrhli, aby změřili, jak kyselé (nebo zásadité, opak „kyselého“) řešení je. Používá se každý den v nesčetných aplikacích, od kontroly, zda je hladina chloru ve vaší horké vaně kde by mělo být umožněno biochemikům zjistit ideální podmínky pro reakce ovlivněné kyselostí na nastat.

Stupnice pH, stejně jako mnoho nástrojů používaných ve fyzice, není to, co byste nazvali „intuitivní“ stupnicí, jako je stupnice od 0 do 10 nebo 1 až 100 používaná pro typické kvízové ​​skóre nebo procenta. Jakmile si ale vytvoříte hluboké pochopení toho, co toto číslo znamená, pokud jde o chování molekul ve vodném roztoku (molekuly rozpuštěno ve složkách atomů a molekul ve vodě), celé schéma má nejen smysl, ale otevírá nové dveře zcela novému chápání chemie.

Zkratka pH znamená „potenciál vodíkových iontů“. Termín vytvořil dánský biochemik Søren Sørenson, který definoval „p“ jako instrukce k převzetí záporného logaritmu koncentrace vodíkových iontů, napsáno [H⁺]. pH je záporný logaritmus molarita H, což je míra celkových iontů na jednotku objemu spíše než hmotnost na jednotku objemu.

Matematicky je definice pH

Ve většině fyzikálních věd se myšlenka „koncentrace“ vztahuje spíše na množství částic než na jejich další vlastnosti. Například pokud je 5,85 gramů (g) čisté soli (chlorid sodný nebo NaCl) rozpuštěno v 1 000 mililitrech nebo ml (1 litr nebo litr) vody (H₂O), můžete v tomto případě vyjádřit koncentraci chloridu sodného ve vodě jako 5,85 g / l nebo 5,85 mg / ml nebo v jiných ekvivalentních jednotkách.

V chemii však „množství“ látky, na které záleží, není to, kolik je v ní gramů nebo kilogramů, ale kolik je jednotlivých atomů nebo molekul. Je to proto, že atomy a molekuly reagují navzájem na základě atomových a molekulárních poměrů, nikoli hmotnostních poměrů.

Různé druhy atomů (tj. Různé prvky) mají různé hmotnosti s počtem gramů 1 mol (6.02 × 10²³ jednotlivé částice) uvedené v „rámečku“ prvku v periodické tabulce prvků (viz zdroje).

Například jedna molekula H₂O má dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku. Každý H má hmotnost asi 1 g, zatímco atom O má hmotnost necelých 16 g. Zatímco tedy 16/18 = 88,9 procent hmotnosti molekuly vody sestává z kyslíku, voda má vždy poměr 2: 1 atomů H k O.

Tento koncept se používá ke stanovení molární koncentracenebo mol na litr, určené M. Stává se, že molární hmotnost Na je 23,0 g a chloru je 35,5 g, takže 1 mol (ve výpočtech 1 mol) NaCl má hmotnost 58,5 g. 5,85 g je 1/10 z toho, takže 5,85 g NaCl / 1 L = 0,1 M roztok NaCl,

Pokud nejste obeznámeni s logaritmy nebo logy, považujte je za reprezentující snadný způsob, jak komprimovat skutečnou variabilitu veličiny do více matematicky relatovatelné podoby. Protokoly jsou exponenty, s nimiž se zachází v neperscriptové formě, což vyžaduje matematické finagling a obvykle kalkulačku.

Část, kterou potřebujete vědět, je ta pro každý faktor 10 zvýšení koncentrace vodíkových iontů se pH sníží o 1 celočíselnou jednotku a naopak. To znamená, že roztok s pH 5,0 má desetinásobek [H⁺] roztoku s pH 6,0 a 1/1 000 [H⁺] roztoku 3,0-pH.

• Síla kyseliny (tj. Inherentní vlastnosti jednotlivých kyselin) a koncentrace kyseliny (kterou můžete v laboratoři změnit) určují pH roztoku.

Jak již bylo uvedeno, 1-molární (1 M) roztok čistých vodíkových iontů (bez přidruženého aniontu) má pH 0. To není v přírodě vidět a používá se jako referenční bod pro měření pH pomocí elektrody, která je součástí pH metru. Jsou kalibrovány tak, aby převáděly rozdíly napětí mezi referenčním roztokem a sledovaným roztokem na hodnotu pH pro tento roztok.

1 krtek iontů na litr znamená asi 6,02 × 10²³ jednotlivé molekuly nebo atomy (tj. jednotlivé částice) na litr roztoku.

Běžné hodnoty pH zahrnují asi 1,5 pro žaludeční kyselinu, asi 2 pro limetkovou šťávu, 3,5 pro víno, 7 pro čistou vodu, asi 7,4 pro zdravou lidskou krev, 9 pro bělidlo a 12 pro amoniak pro domácnost. Poslední dvě sloučeniny jsou silně bazické a mohou způsobit fyzické poškození stejně jako kyselina, i když jiným mechanismem.

Volal anion cirkulující v krvi hydrogenuhličitan (HCO³⁻), který se tvoří z vody a oxidu uhličitého, udržuje krev poněkud zásaditou a působí jako „nárazník“ v případě H⁺ ionty se rychle hromadí v krvi, jako když je dýchání přerušeno na delší dobu.

Možná jste již viděli reklamy na „antacida“, což jsou látky, které na rozdíl od kyselin může přijímat protony, často darováním hydroxylové skupiny (-OH), která přijímá proton za vzniku vody molekula.

Výsledné „zametání“ iontů H + v žaludku z kyseliny chlorovodíkové, kterou žaludek přirozeně vylučuje, může poskytnout úlevu od škodlivých účinků kyseliny na vnitřní membrány.

Příklad: Jaké je pH roztoku s [H +] 4,9 × 10⁻⁷ M?

pH = −log [H⁺] = −log [4,9 × 10⁻⁷] = 6.31.

Všimněte si, že záporné znaménko odpovídá za to, že malé koncentrace iontů pozorované při měření řešení by jinak vytvořila měřítko s negativními výsledky kvůli hodnotám záporných exponentů.

Příklad: Jaká je koncentrace vodíkových iontů v roztoku s pH 8,45?

Tentokrát použijete stejnou rovnici trochu jiným způsobem:

8,45 = −log [H⁺], nebo −8,45 = log [H⁺].

K vyřešení použijete skutečnost, že číslo v závorkách je pouze základem logu 10 zvýšeného na hodnotu samotného logu:

[H +] = 10^−8.45 = 3.5 × 10⁻⁹ M.

Podívejte se na zdroje pro příklad nástroje, který umožňuje manipulovat s identitou a koncentrací kyselin v roztoku při určování souvisejících hodnot pH.

Všimněte si, že když budete experimentovat s různými kyselinami v rozevíracím seznamu a budete používat různé molární koncentrace, budete objevte zajímavý fakt o pH: Záleží jak na identitě kyseliny (a tedy na její vlastní síle), tak na její koncentrace. Slabší kyselina ve vyšší molární koncentraci proto může produkovat roztok s nižším pH než dostatečně zředěný roztok silnější kyseliny.