Ko nozīmē Ph skala?

Pat tiem, kas labprātāk izvairītos no zinātnes apguves, būtu grūti sarunāt pasauli, nedzirdot regulāras atsauces uz pH, ko sauc. Ja jums nav jāzina, kas tas ir ķīmijas stundai, jūs, iespējams, redzēsiet atsauces uz pH līmeni un ar to saistītos terminus, piemēram, skābumu un sārmainību, ja jūs vienkārši skatāties dažas šampūnu reklāmas.

The pH skala ir līdzeklis, ko ķīmiķi ir izdomājuši, lai izmērītu, cik skābs (vai sārmains, pretēji "skābam") ir šķīdums. To katru dienu izmanto neskaitāmās lietojumprogrammās, pārbaudot, vai jūsu karstā vannā ir hlora līmenis kur vajadzētu būt, lai ļautu bioķīmiķiem izdomāt ideālus apstākļus reakcijām, kuras ietekmē skābums rodas.

PH skala, tāpat kā daudzi fizikālajā zinātnē izmantotie rīki, nav tā, ko jūs varētu saukt par "intuitīvu" skalu, piemēram, tādu, kas svārstās no 0 līdz 10 vai 1 līdz 100, ko izmanto tipiskiem viktorīnas rādītājiem vai procentiem. Bet, kad jūs dziļi novērtējat to, ko šis skaitlis nozīmē attiecībā uz molekulu uzvedību ūdens šķīdumā (molekulas atomi un molekulas ūdenī), visa shēma ir ne tikai jēga, bet paver jaunas durvis pilnīgi jaunai izpratnei par ķīmija.

Saīsinājums pH nozīmē "ūdeņraža jonu potenciāls". Šo terminu izdomāja Dānijas bioķīmiķis Sērens Sørensons, kurš definēja "p" kā norādījumus, lai ņemtu ūdeņraža jonu koncentrācijas logaritma negatīvo, rakstīts [H⁺]. pH ir vērtības negatīvais logaritms molaritāte H, kas ir kopējo jonu mērvienība tilpuma vienībā, nevis masa tilpuma vienībā.

Matemātiski pH definīcija ir

Lielā daļā fizikas zinātnes "koncentrēšanās" ideja drīzāk attiecas uz daļiņu masām, nevis uz citām to īpašībām. Piemēram, ja 5,85 gramus (g) tīra sāls (nātrija hlorīds vai NaCl) izšķīdina 1000 mililitros vai ml (1 litrs vai L) ūdens (H₂O), tad nātrija hlorīda koncentrāciju ūdenī šajā gadījumā varat izteikt kā 5,85 g / l vai 5,85 mg / ml vai citas līdzvērtīgas vienības.

Ķīmijā vielas „daudzums” tomēr nav svarīgs nevis tas, cik daudz gramu vai kilogramu tās ir, bet gan tas, cik daudz atsevišķu atomu vai molekulu ir. Tas ir tāpēc, ka atomi un molekulas reaģē savā starpā, pamatojoties uz atomu un molekulāro attiecību, nevis uz masas attiecību.

Dažādu veidu atomiem (tas ir, dažādiem elementiem) ir atšķirīga masa ar gramu skaitu iekšā 1 mols (6.02 × 10²³ atsevišķas daļiņas), kas norādītas elementa "lodziņā" periodiskajā elementu tabulā (skat. Resursus).

Piemēram, viena H molekula₂O ir divi ūdeņraža atomi un viens skābekļa atoms. Katra H masa ir aptuveni 1 g, bet O atoma masa ir nedaudz zem 16 g. Tādējādi, kamēr 16/18 = 88,9 procenti ūdens molekulas masas sastāv no skābekļa, ūdenim vienmēr ir 2 pret 1 H un O atomu attiecība.

Šo jēdzienu izmanto, lai izveidotu molārā koncentrācijavai moli uz litru, izraudzīts M. Kā notiek, Na molārā masa ir 23,0 g, bet hlora - 35,5 g, tāpēc 1 mola (aprēķinos 1 mol) NaCl masa ir 58,5 g. 5,85 g ir 1/10 no tā, tātad 5,85 g NaCl / 1 L = 0,1 M NaCl šķīdums,

Ja jums nav zināmi logaritmi vai žurnāli, domājiet par tiem kā vienkāršiem veidiem, kā saspiest lieluma patieso mainīgumu matemātiski relatīvākā formā. Žurnāli ir eksponenti, kas tiek apstrādāti bez virsraksta, un tam nepieciešama matemātiska finagling un parasti kalkulators.

Daļa, kas jums jāzina, ir tā katram ūdeņraža jonu koncentrācijas pieauguma koeficientam 10 pH samazināsies par 1 veselu skaitli un otrādi. Tas nozīmē, ka šķīdumam ar pH 5,0 ir desmit reizes lielāks par [H⁺] šķīduma, kura pH ir 6,0, un 1/1000⁺] 3,0 pH šķīduma.

• Gan skābes stiprums (tas ir, atsevišķu skābju raksturīgās īpašības), gan skābes koncentrācija (kuru jūs varat mainīt laboratorijā) nosaka šķīduma pH.

Kā atzīmēts, tīra ūdeņraža jonu (bez saistītā anjona) 1-molārā (1M) šķīduma pH ir 0. Dabā tas nav redzams, un to izmanto par atskaites punktu pH mērīšanai, izmantojot elektrodu, kas ir pH mērītāja daļa. Tos kalibrē, lai pārvērstu sprieguma atšķirības starp standartšķīdumu un interesējošo šķīdumu pH vērtībā pēdējam.

1 kurmis jonu litrā nozīmē apmēram 6,02 × 10²³ atsevišķas molekulas vai atomus (t.i., atsevišķas daļiņas) uz litru šķīduma.

Kopējās pH vērtības ietver apmēram 1,5 kuņģa skābei, apmēram 2 laima sulai, 3,5 vīnam, 7 tīram ūdenim, apmēram 7,4 veselīgām cilvēka asinīm, 9 balinātājiem un 12 mājsaimniecības amonjaka saturam. Pēdējie divi savienojumi ir stipri bāziski un var radīt fiziskus bojājumus tāpat kā skābe, kaut arī ar citu mehānismu.

Sauca anjonu, kas cirkulēja asinīs bikarbonāts (HCO³⁻), kas veidojas no ūdens un oglekļa dioksīda, uztur asinis nedaudz sārmainas un H gadījumā darbojas kā "buferis"⁺ joni ātri uzkrājas asinīs, tāpat kā tad, ja elpošana ilgstoši tiek pārtraukta.

Varbūt esat redzējuši “antacīdu” reklāmas, kas ir vielas, kas atšķirībā no skābēm var pieņemt protonus, bieži ziedojot hidroksilgrupu (-OH), kas protonu pieņem, veidojot ūdeni molekula.

Rezultātā H + jonu "slaucīšana" kuņģī no sālsskābes, ko kuņģis dabiski izdala, var atvieglot skābes kaitīgo iedarbību uz iekšējām membrānām.

Piemērs: Kāds ir šķīduma pH ar [H +] 4,9 × 10⁻⁷ M?

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

Ņemiet vērā, ka negatīvā zīme izskaidro to, ka izmērītā mazā jonu koncentrācija risinājumi citādi radītu skalu ar negatīviem rezultātiem negatīvo eksponenta vērtību dēļ.

Piemērs: Kāda ir ūdeņraža jonu koncentrācija šķīdumā ar pH 8,45?

Šoreiz jūs to pašu vienādojumu izmantojat mazliet citādi:

8.45 = −log [H⁺], vai −8.45 = log [H⁺].

Lai atrisinātu, jūs izmantojat faktu, ka iekavās norādītais skaitlis ir tikai viņa žurnāla 10 pamats, kas paaugstināts līdz paša žurnāla vērtībai:

[H +] = 10^−8.45 = 3.5 × 10⁻⁹ M.

Skatiet Resursi, lai parādītu rīka piemēru, kas ļauj manipulēt ar skābju identitāti un koncentrāciju šķīdumā, nosakot saistītās pH vērtības.

Ņemiet vērā, ka, eksperimentējot ar dažādām skābēm paredzētajā nolaižamajā sarakstā un lietojot dažādas molārās koncentrācijas, jūs to darīsit atklājiet interesantu faktu par pH: tas ir atkarīgs gan no skābes identitātes (un līdz ar to ar tās raksturīgo stiprumu), gan no tās koncentrēšanās. Vājāka skābe augstākā molārā koncentrācijā var radīt šķīdumu ar zemāku pH līmeni nekā pietiekami atšķaidīts stiprākas skābes šķīdums.