Mit jelent a Ph skála?

Még azok számára is, akik szívesebben kerülnék a tudomány megismerését, nehéz lenne tárgyalni a világról anélkül, hogy rendszeresen hivatkoznánk valamire, amit pH-nak neveznek. Ha nem kell tudnia, mi ez a kémiaórának, akkor valószínűleg látni fogja a pH-szintre vonatkozó hivatkozásokat és a kapcsolódó kifejezéseket, például a savasságot és lúgosságot, ha csupán néhány samponreklámot néz.

A pH-skála A vegyészek azt az eszközt alkották meg, hogy megmérjék, mennyire savas (vagy lúgos, ellentétes a "savas" oldattal). Számtalan alkalmazásban használják mindennap, a pezsgőfürdő klórszintjének ellenőrzésétől ahol lehetővé kell tenni a biokémikusok számára, hogy kitalálják az ideális körülményeket a savak által befolyásolt reakciókhoz előfordul.

A pH-skála, csakúgy, mint a fizika számos eszköze, nem az, amit "intuitív" skálának nevezne, például 0 és 10, illetve 1 és 100 közötti skála, amelyet tipikus vetélkedő pontszámokhoz vagy százalékokhoz használnak. De ha egyszer mélyen felismeri, mit jelent a szám a molekulák viselkedése szempontjából vizes oldatban (molekulák vízben lévő komponens atomokba és molekulákba oldva), az egész séma nem csak értelmes, hanem új ajtókat nyit a kémia.

A pH rövidítés a "hidrogénion potenciálját" jelenti. A kifejezést a dán biokémikus találta ki Søren Sørenson, aki a "p" -t a hidrogénion-koncentráció logaritmusának negatívjának felvételére vonatkozó utasításként határozta meg [H⁺]. A pH a negatív logaritmusa molaritás H értéke, amely a térfogategységre eső összes ion mértéke, nem pedig a térfogategységre eső tömeg.

Matematikailag a pH meghatározása az

A fizika nagy részében a "koncentráció" gondolata a részecskék tömegére vonatkozik, nem pedig más tulajdonságaikra. Például, ha 5,85 gramm (g) sót (nátrium-kloridot vagy NaCl) 1000 ml vagy ml (1 liter vagy liter) vízben (H₂O), akkor a nátrium-klorid koncentrációját vízben kifejezheti ebben az esetben 5,85 g / l, vagy 5,85 mg / ml, vagy más egyenértékű egységben.

A kémia területén azonban az anyag "mennyisége" nem az számít, hogy hány gramm vagy kilogramm van belőle, hanem az, hogy hány egyedi atom vagy molekula van. Az atomok és molekulák ugyanis atom- és molekulatömeg, és nem tömegarány alapján reagálnak egymással.

Különböző típusú atomok (vagyis különböző elemek) különböző tömegűek, a grammok számával 1 mol (6.02 × 10²³ egyes részecskék), amelyeket az elem periódusos rendszerének "dobozában" adunk meg (lásd a forrásokat).

Például egy H molekula₂O-nak két hidrogénatomja és egy oxigénatomja van. Minden H tömege körülbelül 1 g, míg egy O atom tömege alig 16 g. Tehát míg a vízmolekula tömegének 16/18 = 88,9 százaléka oxigénből áll, a víznek mindig 2: 1 arányban van H és O atomja.

Ezt a koncepciót használják annak megállapítására moláris koncentráció, vagy anyajegyek literenként, kijelölt M. Amint előfordul, a Na moláris tömege 23,0 g, a klóré pedig 35,5 g, így 1 mol (számítások szerint 1 mol) NaCl tömege 58,5 g. 5,85 g ennek 1/10-e, tehát 5,85 g NaCl / 1 L = 0,1 M NaCl-oldat,

Ha nem ismeri a logaritmusokat vagy a naplókat, gondoljon rájuk, hogy azok egy egyszerű módot jelentenek arra, hogy a mennyiség valódi változékonyságát matematikailag relatívabb formába tömörítsék. A naplók olyan kitevők, amelyeket nem felső index alakban kezelnek, ehhez matematikai finagling és általában számológép szükséges.

Az a rész, amit tudnia kell a hidrogénionok koncentrációjának minden 10-szeres növekedése esetén a pH 1 egész egységgel csökken, és fordítva. Ez azt jelenti, hogy az 5,0 pH-jú oldat tízszerese a [H⁺] 6,0 pH-értékű oldat és 1/1000 része a [H⁺] 3,0 pH-jú oldat.

• Mind a saverősség (vagyis az egyes savak eredendő tulajdonságai), mind a savkoncentráció (amelyet a laboratóriumban módosíthat) meghatározza az oldat pH-értékét.

Amint megjegyeztük, a tiszta hidrogénionok 1 mólos (1 M) oldatának (társított anion nélkül) pH-ja 0. Ez a természetben nem látható, és referenciapontként szolgál a pH-méréshez a pH-mérő részét képező elektróda segítségével. Ezeket úgy kalibrálják, hogy a referenciaoldat és a kérdéses oldat közötti feszültségkülönbségeket az utóbbi pH-értékévé alakítsák.

1 anyajegy liter literenként körülbelül 6,02 × 10²³ egyes molekulák vagy atomok (azaz egyedi részecskék) liter oldatban.

A pH általános értékei a gyomorsav esetében körülbelül 1,5, a lime juice esetében körülbelül 2, a bor esetében 3,5, a tiszta víznél 7, az egészséges emberi vérnél körülbelül 7,4, a fehérítőért 9 és a háztartási ammóniáért 12 értéket tartalmaznak. Ez utóbbi két vegyület erősen bázikus, és ugyanúgy fizikai károsodást okozhat, mint a sav, bár más mechanizmus révén.

Vérben keringő anion hívott bikarbonát (HCO³⁻), amely vízből és szén-dioxidból képződik, a vért kissé lúgosan tartja, és "pufferként" működik a H esetben⁺ az ionok gyorsan felhalmozódnak a vérben, mint amikor a légzés hosszabb ideig megszakad.

Talán látott "antacidok" hirdetéseket, amelyek olyan anyagok, amelyek a savakkal ellentétben képes elfogadni a protonokat, gyakran olyan hidroxil- (-OH) csoport adományozásával, amely elfogadja a protont, hogy vizet képezzen molekula.

Ennek eredményeként a gyomorban lévő H + -ionok "seprése" a gyomor által természetesen kiválasztott sósavból enyhülést nyújthat a sav belső membránokra gyakorolt ​​káros hatásaival szemben.

Példa: Mekkora a pH-értéke egy 4,9 × 10 [H +] értékű oldatnak?⁻⁷ M?

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

Ne feledje, hogy a negatív előjel annak a ténynek köszönhető, hogy a mért kis ionkoncentrációk a megoldások egyébként negatív eredménnyel skálát állítanának elő, a negatív kitevőértékek miatt.

Példa: Mennyi a 8,45 pH-jú oldat hidrogénion-koncentrációja?

Ezúttal ugyanazt az egyenletet használta valamivel másabb módon:

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

A megoldáshoz azt a tényt használja, hogy a zárójelben szereplő szám csak a napló alapja (10), maga a napló értékére emelve:

[H +] = 10^−8.45 = 3.5 × 10⁻⁹ M.

A forrásokban talál egy példát egy eszközre, amely lehetővé teszi az oldatokban lévő savak azonosságának és koncentrációjának manipulálását a kapcsolódó pH-értékek meghatározásához.

Vegye figyelembe, hogy amint különböző savakkal kísérletezik a megadott legördülő listában, és különböző moláris koncentrációkat használ, akkor megteszi fedezzen fel egy érdekes tényt a pH-ról: Ez függ mind a sav azonosságától (és ezáltal a benne rejlő erősségtől), mind annak savjától koncentráció. A magasabb moláris koncentrációban lévő gyengébb sav ennélfogva alacsonyabb pH-jú oldatot eredményezhet, mint az erősebb sav kellően híg oldata.