Mida tähendab Ph-skaala?

Isegi neil, kes eelistaksid teaduse tundmaõppimist vältida, oleks keeruline maailma üle läbirääkimisi pidada, kuulmata regulaarselt viiteid pH-le. Kui te ei pea teadma, mis see keemiatund on, näete tõenäoliselt viiteid pH-tasemele ja sellega seotud terminitele nagu happesus ja leelisus, kui vaatate vaid mõnda šampoonireklaami.

The pH skaala on vahend, mille keemikud on välja mõelnud, kui happeline (või aluseline, vastupidine "happelisele") lahus on. Seda kasutatakse iga päev lugematutes rakendustes, kontrollides, kas teie mullivannis on kloori tase kus see peaks olema võimaldama biokeemikutel välja selgitada ideaalsed tingimused reaktsioonidele, mida mõjutab happelisus tekkida.

PH-skaala, nagu paljud füüsikateadustes kasutatavad tööriistad, ei ole see, mida nimetaksite "intuitiivseks" skaalaks, näiteks vahemikku 0-10 või 1-100, mida kasutatakse tüüpiliste viktoriinide skooride või protsentide jaoks. Kuid kui olete mõistnud sügavalt, mida arv tähendab molekulide käitumise suhtes vesilahuses (molekulid lahustunud komponentide aatomiteks ja molekulideks vees), on kogu skeem mitte ainult mõttekas, vaid avab uued uksed täiesti uuele arusaamale keemia.

Lühend pH tähistab "vesinikioonide potentsiaali". Selle termini mõtles välja Taani biokeemik Søren Sørenson, kes määratles "p" kui juhiseid vesinikioonide kontsentratsiooni logaritmi negatiivseks saamiseks, kirjutatud [H⁺]. pH on väärtuse negatiivne logaritm molaarsus H, mis on pigem ioonide summaarne maht ruumalaühiku kui massiühiku kohta.

Matemaatiliselt on pH määratlus

Suures osas füüsikateaduses kehtib "kontsentreerumise" idee osakeste masside, mitte nende muude omaduste kohta. Näiteks kui 5,85 grammi (g) tavalist soola (naatriumkloriidi või NaCl) lahustatakse 1000 milliliitris või ml (1 liitris või l) vees (H₂O), saate seejärel naatriumkloriidi kontsentratsiooni vees väljendada kui 5,85 g / l või 5,85 mg / ml või muid samaväärseid ühikuid.

Keemias pole oluline siiski aine "kogus", kui palju gramme või kilogramme seda on, vaid see, kui palju on üksikuid aatomeid või molekule. Seda seetõttu, et aatomid ja molekulid reageerivad üksteisega aatomi ja molekulaarse suhte, mitte massisuhte alusel.

Erinevat tüüpi aatomitel (st erinevatel elementidel) on erinev mass, grammide arvuga 1 mool (6.02 × 10²³ üksikud osakesed), mis on antud elementide perioodilises tabelis elemendi "lahtris" (vt Ressursid).

Näiteks üks H molekul₂O-l on kaks vesiniku aatomit ja üks hapniku aatom. Iga H mass on umbes 1 g, samas kui O aatomi mass on veidi alla 16 g. Seega, kui 16/18 = 88,9 protsenti veemolekuli massist koosneb hapnikust, on vees H ja O aatomite suhe alati 2: 1.

Seda mõistet kasutatakse kindlaksmääramiseks molaarne kontsentratsioonvõi mutid liitri kohta, määratud M. Kui see juhtub, on Na molaarmass 23,0 g ja kloori 35,5 g, seega on 1 mooli (arvutustes 1 mol) NaCl mass 58,5 g. 5,85 g on 1/10 sellest, seega 5,85 g NaCl / 1 L = 0,1 M NaCl lahus,

Kui logaritmid või logid pole teile tuttavad, mõelge neist kui lihtsatest viisidest, kuidas tihendada kvantiteedi tegelik varieeruvus matemaatiliselt relatiivsemas vormis. Logid on eksponendid, mida käsitletakse ülaindeksita kujul, mis nõuab matemaatilist finaglingut ja tavaliselt kalkulaatorit.

Osa, mida peate teadma, on see iga 10-kordse vesinikioonide kontsentratsiooni kasvu korral väheneb pH 1 täisarvühiku võrra ja vastupidi. See tähendab, et lahusel, mille pH on 5,0, on [H⁺] lahus, mille pH on 6,0 ja 1/1000⁺] 3,0-pH lahust.

• Nii happe tugevus (see tähendab üksikute hapete omased omadused) kui ka happe kontsentratsioon (mida saate laboris muuta) määravad lahuse pH.

Nagu märgitud, on puhaste vesinikioonide (ilma seonduva anioonita) 1-molaarse (1 M) lahuse pH väärtus 0. Looduses seda ei nähta ja seda kasutatakse pH mõõtmise võrdluspunktina, kasutades elektroodi, mis on osa pH-meetrist. Need kalibreeritakse võrdluslahuse ja huvipakkuva lahuse pinge erinevuste teisendamiseks viimase väärtuseks.

1 sünnimärk ioonide liitri kohta tähendab umbes 6,02 × 10²³ üksikud molekulid või aatomid (st üksikud osakesed) liitri lahuse kohta.

Tavalised pH väärtused hõlmavad umbes 1,5 maohappe, umbes 2 laimimahla, 3,5 veini, 7 puhta vee, umbes 7,4 inimese tervisliku vere, 9 valgendi ja 12 majapidamises kasutatava ammoniaagi kohta. Kaks viimast ühendit on tugevalt aluselised ja võivad füüsiliselt kahjustada täpselt nagu hape, ehkki erineva mehhanismi abil.

Veres ringlev anioon kutsus vesinikkarbonaat (HCO³⁻), mis moodustub veest ja süsinikdioksiidist, hoiab verd mõnevõrra aluselisena ja toimib H korral "puhvrina"⁺ ioonid akumuleeruvad kiiresti, nagu siis, kui hingamine on pikemaks ajaks katkenud.

Olete ehk näinud reklaame "antatsiididest", mis on ained, mis erinevalt hapetest suudab prootoneid aktsepteerida, annetades sageli hüdroksüülrühma (−OH), mis aktsepteerib prootoni vee moodustamiseks molekul.

Sellest tulenev H + ioonide "pühkimine" maos looduslikult eritatavast vesinikkloriidhappest võib leevendada happe kahjustavaid mõjusid sisemembraanidele.

Näide: Mis on lahuse pH, mille [H +] on 4,9 × 10⁻⁷ M?

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

Pange tähele, et negatiivne märk arvestab asjaolu, et mõõdetud ioonide väikesed kontsentratsioonid lahendid tooksid negatiivsete eksponentväärtuste tõttu negatiivsete tulemustega skaala.

Näide: Kui suur on vesinikioonide kontsentratsioon lahuses, mille pH on 8,45?

Seekord panite sama võrrandi kasutama veidi erineval viisil:

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

Lahendamiseks kasutate fakti, et sulgudes olev arv on ainult logi alus, 10, tõstetud logi enda väärtuseni:

[H +] = 10^−8.45 = 3.5 × 10⁻⁹ M.

Vaadake ressursse, kus on näide tööriistast, mis võimaldab teil pH-de määramiseks lahuses sisalduvate hapete identiteeti ja kontsentratsiooni manipuleerida.

Pange tähele, et kui katsetate pakutavas rippmenüüs erinevaid happeid ja kasutate erinevaid molaarseid kontsentratsioone, saate seda teha avastage pH kohta huvitav fakt: see sõltub nii happe identsusest (ja seega ka selle tugevusest) kui ka happest kontsentratsioon. Kõrgemas molaarses kontsentratsioonis sisalduv nõrgem hape võib seetõttu saada madalama pH-ga lahuse kui tugevama happe piisavalt lahjendatud lahus.