Mitä Ph-asteikko tarkoittaa?

Jopa niille, jotka haluavat välttää tieteen oppimisen, olisi vaikea neuvotella maailmasta kuulematta säännöllisiä viittauksia pH-arvoon. Jos sinun ei tarvitse tietää, mitä se on kemian luokalle, näet todennäköisesti viittauksia pH-tasoon ja niihin liittyviin termeihin, kuten happamuus ja emäksisyys, jos vain katsot muutamia shampoomainoksia.

pH-asteikko on työkalu, jonka kemistit ovat suunnitelleet mittaamaan kuinka happama (tai emäksinen, päinvastoin kuin "hapan") liuos on. Sitä käytetään joka päivä lukemattomissa sovelluksissa tarkistamalla, onko poreallassi klooritaso missä sen pitäisi antaa biokemikaalien selvittää ihanteelliset olosuhteet reaktioille, joihin happamuus vaikuttaa esiintyä.

PH-asteikko, kuten monet fysiikassa käytettävät työkalut, ei ole se, mitä kutsutaan "intuitiiviseksi" asteikoksi, kuten asteikoksi 0-10 tai 1-100, jota käytetään tyypillisiin tietokilpailupisteisiin tai prosenttiosuuksiin. Mutta kun kehität syvän arvostuksen sille, mitä numero tarkoittaa molekyylien käyttäytymisen suhteen vesiliuoksessa (molekyylit veteen liukeneviin komponenttiatomeihin ja molekyyleihin), koko järjestelmällä ei ole vain järkeä, vaan se avaa uudet ovet aivan uudelle kemia.

Lyhenne pH tarkoittaa "vetyionin potentiaalia". Termin keksi tanskalainen biokemisti Søren Sørenson, joka määritteli "p" ohjeeksi vetyionipitoisuuden logaritmin negatiivisen ottamiseksi, kirjoitettu [H⁺]. pH on arvon negatiivinen logaritmi molaarisuus H, joka on kokonaisionien määrä tilavuusyksikköä kohti eikä massa tilavuusyksikköä kohti.

Matemaattisesti pH-määritelmä on

Suuressa osassa fysiikkaa ajatus "keskittymisestä" koskee hiukkasten massaa pikemminkin kuin niiden muita ominaisuuksia. Esimerkiksi, jos 5,85 grammaa (g) tavallista suolaa (natriumkloridi tai NaCl) liuotetaan 1000 millilitraan tai ml: aan (1 litra tai L) vettä (H₂O), voit sitten ilmaista natriumkloridin pitoisuuden vedessä tässä tapauksessa 5,85 g / l tai 5,85 mg / ml tai muita vastaavia yksiköitä.

Kemiassa aineen "määrä" ei kuitenkaan ole väliä kuinka monta grammaa tai kilogrammaa sitä on, vaan kuinka monta yksittäistä atomia tai molekyyliä on. Tämä johtuu siitä, että atomit ja molekyylit reagoivat keskenään atomien ja molekyylien suhteen, ei massasuhteiden perusteella.

Erilaisilla atomeilla (eli erilaisilla alkuaineilla) on erilainen massa grammoina 1 mooli (6.02 × 10²³ yksittäiset hiukkaset), jotka on annettu elementin jaksossa "laatikko" (katso Resurssit).

Esimerkiksi yksi H-molekyyli₂O: lla on kaksi vetyatomia ja yksi happiatomi. Jokaisen H: n massa on noin 1 g, kun taas O-atomin massa on hieman alle 16 g. Siten kun 16/18 = 88,9 prosenttia vesimolekyylin massasta koostuu hapesta, vedellä on aina 2: 1-suhde H: n ja O-atomien välillä.

Tätä käsitettä käytetään perustamiseen moolipitoisuustai moolia litrassa, nimetty M. Kuten tapahtuu, Na: n moolimassa on 23,0 g ja kloorin 35,5 g, joten 1 moolin (laskelmissa 1 mol) NaCl: n massa on 58,5 g. 5,85 g on 1/10 tästä, joten 5,85 g NaCl / 1 L = 0,1 M NaCl-liuos,

Jos logaritmit tai lokit eivät ole sinulle tuttuja, ajattele niitä edustavan helppoja tapoja pakata määrän todellinen vaihtelu matemaattisemmin relatoituvaan muotoon. Lokit ovat eksponentteja, joita käsitellään ei-yläindeksimuodossa, mikä vaatii matemaattista hienontamista ja yleensä laskinta.

Osa, jonka sinun on tiedettävä, on se jokaisesta 10-kertaisesta vetyionien pitoisuuden kasvutekijästä pH laskee yhdellä kokonaisluvulla ja päinvastoin. Tämä tarkoittaa, että liuoksella, jonka pH on 5,0, on kymmenen kertaa [H⁺] liuosta, jonka pH on 6,0, ja 1/1000⁺] 3,0-pH-liuosta.

• Sekä hapon vahvuus (ts. Yksittäisten happojen luontaiset ominaisuudet) että happokonsentraatio (jota voit muuttaa laboratoriossa) määrittävät liuoksen pH: n.

Kuten on todettu, puhtaiden vetyionien (ilman liitettyä anionia) 1-molaarisen (1 M) liuoksen pH on 0. Tätä ei nähdä luonnossa, ja sitä käytetään vertailupisteenä pH: n mittaamiseen käyttämällä pH-mittariin kuuluvaa elektrodia. Ne kalibroidaan vertailuliuoksen ja kiinnostavan liuoksen välisten jänniteerojen muuntamiseksi jälkimmäisen pH-arvoksi.

1 mooli ionien litrassa tarkoittaa noin 6,02 × 10²³ yksittäisiä molekyylejä tai atomeja (ts. yksittäisiä hiukkasia) litraa liuosta kohti.

Yleisiä pH-arvoja ovat noin 1,5 mahahapolle, noin 2 limen mehulle, 3,5 viinille, 7 puhtaalle vedelle, noin 7,4 terveelle ihmisverelle, 9 valkaisuainetta ja 12 kotitalouden ammoniakille. Kaksi viimeksi mainittua yhdistettä ovat voimakkaasti emäksisiä ja voivat aiheuttaa fyysisiä vaurioita aivan kuten happo, vaikkakin eri mekanismilla.

Veressä kiertävä anioni kutsutaan bikarbonaatti (HCO³⁻), joka muodostuu vedestä ja hiilidioksidista, pitää veren jonkin verran emäksisenä ja toimii "puskurina" tapauksessa H⁺ ionit kertyvät nopeasti vereen, kuten hengityksen keskeytyessä pitkäksi aikaa.

Olet ehkä nähnyt mainoksia "antasideista", jotka ovat aineita, toisin kuin hapot, voi hyväksyä protoneja, usein lahjoittamalla hydroksyyli (-OH) -ryhmän, joka hyväksyy protonin muodostamaan vettä molekyyli.

Tuloksena oleva H + -ionien "pyyhkiminen" mahassa suolahaposta, jota vatsa luonnostaan ​​erittää, voi tarjota helpotusta hapon vahingollisista vaikutuksista sisäisiin kalvoihin.

Esimerkki: Mikä on liuoksen pH, jonka [H +] on 4,9 × 10⁻⁷ M?

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

Huomaa, että negatiivinen merkki tarkoittaa sitä, että pienet ionipitoisuudet nähdään mitattuna ratkaisut tuottaisivat asteikon negatiivisilla tuloksilla muuten negatiivisten eksponenttiarvojen takia.

Esimerkki: Mikä on vetyionipitoisuus liuoksessa, jonka pH on 8,45?

Tällä kertaa laitat saman yhtälön käytettäväksi hieman eri tavalla:

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

Voit ratkaista ratkaisun käyttämällä sitä, että suluissa oleva luku on vain lokin perusta, 10, korotettuna itse lokin arvoon:

[H +] = 10^−8.45 = 3.5 × 10⁻⁹ M.

Katso Resurssit-esimerkki työkalusta, jonka avulla voit manipuloida liuoksessa olevien happojen identiteettiä ja konsentraatiota määritettäessä niihin liittyviä pH-arvoja.

Huomaa, että kun kokeilet eri happoja annetussa avattavassa luettelossa ja käytät erilaisia ​​moolipitoisuuksia, niin löytää mielenkiintoinen tosiasia pH: sta: Se riippuu sekä hapon identiteetistä (ja siten sen luontaisesta vahvuudesta) että sen pH-arvosta pitoisuus. Heikompi happo korkeammassa moolipitoisuudessa voi siten tuottaa liuoksen, jonka pH on alhaisempi kuin riittävän laimea vahvemman hapon liuos.