Čak i onima koji bi radije izbjegavali učiti o znanosti, bilo bi teško pregovarati o svijetu bez redovitog upućivanja na nešto što se naziva pH. Ako ne morate znati što je to za satove kemije, vjerojatno ćete vidjeti reference na razinu pH i povezane pojmove poput kiselosti i lužnatosti, ako samo gledate nekoliko reklama o šamponu.
The pH skala je alat koji su kemičari osmislili za mjerenje koliko je otopina kisela (ili alkalna, suprotna od "kisele"). Koristi se svakodnevno u bezbroj aplikacija, od provjere je li razina klora u vašoj hidromasažnoj kadi gdje bi trebalo biti omogućavanje biokemičarima da pronađu idealne uvjete za reakcije na koje utječe kiselost nastaju.
Ljestvica pH, poput mnogih alata koji se koriste u fizičkoj znanosti, nije ono što biste nazvali "intuitivnom" ljestvicom, poput one koja se kreće od 0 do 10 ili od 1 do 100 koja se koristi za tipične rezultate kviza ili postotke. Ali kad jednom razvijete duboku zahvalnost za značenje broja u smislu ponašanja molekula u vodenoj otopini (molekule otopljeni u sastavne atome i molekule u vodi), cijela shema ne samo da ima smisla već otvara nova vrata za potpuno novo razumijevanje kemija.
Što je pH skala?
Kratica pH znači "potencijal vodikovih iona". Izraz je skovao danski biokemičar Søren Sørenson, koji je definirao "p" kao upute za uzimanje negativa logaritma koncentracije vodikovih iona, zapisanog [H+]. pH je negativni logaritam molarnost od H, što je mjera ukupnih iona po jedinici volumena, a ne mase po jedinici volumena.
Matematički, definicija pH je
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
Što su madeži i molarnost?
U većini fizikalnih znanosti ideja "koncentracije" odnosi se na mase čestica, a ne na njihova druga svojstva. Na primjer, ako se 5,85 grama (g) obične soli (natrijev klorid ili NaCl) otopi u 1.000 mililitara ili ml (1 litra ili L) vode (H2O), tada možete izraziti koncentraciju natrijevog klorida u vodi u ovom slučaju kao 5,85 g / L ili 5,85 mg / ml ili kao druge ekvivalentne jedinice.
U kemiji, međutim, "količina" tvari nije bitna koliko ima njenih grama ili kilograma, već koliko ima pojedinačnih atoma ili molekula. To je zato što atomi i molekule međusobno reagiraju na temelju atomskih i molekularnih omjera, a ne omjera mase.
Različite vrste atoma (odnosno različiti elementi) imaju različitu masu, s brojem grama u 1 mol (6.02 × 1023 pojedinačne čestice) dane u "okviru" elementa u periodnom sustavu elemenata (vidi Resurse).
Na primjer, jedna molekula H2O ima dva atoma vodika i jedan atom kisika. Svaki H ima masu od oko 1 g, dok O atom ima nešto manje od 16 g. Dakle, dok se 16/18 = 88,9 posto mase molekule vode sastoji od kisika, voda uvijek ima omjer 2: 1 prema atomima H i O.
Ovaj se koncept koristi za utvrđivanje molarna koncentracija, ili molova po litri, određena M. Inače, molarna masa Na iznosi 23,0 g, a klora 35,5 g, pa 1 mol (1 mol, u izračunima) NaCl ima masu od 58,5 g. 5,85 g je 1/10 od toga, dakle 5,85 g NaCl / 1 L = 0,1 M otopina NaCl,
Što je logaritamska skala?
Ako vam logaritmi ili zapisnici nisu poznati, mislite na njih kao na jednostavne načine za komprimiranje stvarne varijabilnosti veličine u matematički usporediviji oblik. Evidencije su eksponenti kojima se rukuje u nesigurnom obliku, što zahtijeva matematičko dorađivanje i obično kalkulator.
Dio koji trebate znati je taj za svaki faktor povećanja koncentracije vodikovih iona od 10, pH će se smanjiti za 1 cjelobrojnu jedinicu i obrnuto. To znači da otopina s pH 5,0 ima deset puta veću vrijednost od [H+] otopine s pH 6,0 i 1/1000 [H+] otopine od 3,0 pH.
- I jačina kiseline (to jest, svojstvena svojstva pojedinih kiselina) i koncentracija kiseline (koju možete promijeniti u laboratoriju) određuju pH otopine.
Kako se mjeri pH?
Kao što je napomenuto, 1-molarna (1M) otopina čistih vodikovih iona (bez pridruženog aniona) ima pH 0. To se u prirodi ne vidi i koristi se kao referentna točka za mjerenje pH pomoću elektrode koja je dio pH metra. Oni su kalibrirani da prevode razlike napona između referentne otopine i otopine od interesa u pH vrijednost za potonju.
1 madež iona po litri znači oko 6,02 × 1023 pojedinačne molekule ili atome (tj. pojedinačne čestice) po litri otopine.
Koji je značaj pH?
Uobičajene vrijednosti pH uključuju oko 1,5 za želučanu kiselinu, oko 2 za sok limete, 3,5 za vino, 7 za čistu vodu, oko 7,4 za zdravu ljudsku krv, 9 za izbjeljivače i 12 za kućanski amonijak. Posljednja dva spoja snažno su bazična i mogu nanijeti fizička oštećenja baš kao što to može i kiselina, iako drugim mehanizmom.
Anion koji cirkulira u krvi tzv bikarbonat (HCO3−), koji nastaje iz vode i ugljičnog dioksida, drži krv pomalo alkalnom i djeluje kao "pufer" u slučaju H+ ioni se brzo nakupljaju u krvi, kao kad se disanje prekida dulje vrijeme.
Možda ste vidjeli oglase za "antacide", koji su tvari koje, za razliku od kiselina, može prihvatiti protone, često darujući hidroksilnu (-OH) skupinu koja prihvaća protone da bi stvorila vodu molekula.
Rezultirajuće "pometanje" H + iona u želucu iz klorovodične kiseline koju želudac prirodno izlučuje može pružiti olakšanje od štetnih učinaka kiseline na unutarnje membrane.
Primjer izračuna pH
Primjer: Koliki je pH otopine s [H +] 4,9 × 10−7 M?
pH = −log [H+] = −log [4,9 × 10−7] = 6.31.
Imajte na umu da negativni predznak objašnjava činjenicu da su male koncentracije iona viđene u izmjerenim rješenja bi u suprotnom proizvela ljestvicu s negativnim rezultatima, zbog negativnih vrijednosti eksponenta.
Primjer: Kolika je koncentracija vodikovih iona u otopini s pH 8,45?
Ovaj put ste istu jednadžbu upotrijebili na malo drugačiji način:
8,45 = -log [H+], ili −8,45 = log [H+].
Da biste to riješili, koristite činjenicu da je broj u zagradama samo baza dnevnika 10, podignuta na vrijednost samog dnevnika:
[H +] = 10−8.45 = 3.5 × 10−9 M.
Internetski kalkulator pH
Pogledajte Resurse za primjer alata koji vam omogućuje manipuliranje identitetom i koncentracijom kiselina u otopini pri određivanju pridruženih pH vrijednosti.
Imajte na umu da dok eksperimentirate s različitim kiselinama s navedenog padajućeg popisa i koristite različite molarne koncentracije, hoćete otkrijte zanimljivu činjenicu o pH: Ovisi i o identitetu kiseline (a time i njezinoj inherentnoj snazi) i njezinoj koncentracija. Slabija kiselina u višoj molarnoj koncentraciji može dakle proizvesti otopinu s nižim pH od dovoljno razrijeđene otopine jače kiseline.