Het is moeilijk om in de moderne wereld te leven zonder verwijzingen naar zuren te horen, die vaak worden afgebeeld in farmaceutische en… andere advertenties als vloeibare agressors die allerlei dingen willen wissen en beschadigen, van huid tot kleding tot clothing meubilair. U hebt ongetwijfeld advertenties gezien voor producten die maagzuurremmers worden genoemd en die zijn ontworpen om de effecten van zuur in de maag aan te pakken.
Zuren hebben verschillende gradaties van sterkte of zuurgraad. De eigenzinnige maar fundamenteel eenvoudige schaal die bekend staat als de pH schaal is een maatstaf voor hoe zuur een waterige oplossing is, of, in een ander kader van hetzelfde chemische scenario, hoe basisch of alkalisch het is.
Om de pH van een waterige oplossing (dat wil zeggen een stof opgelost in water) te bepalen, hoef je alleen de concentratie van waterstofionen (H+) in die oplossing, of zijn molariteit. Maar behalve pH, wat zijn mollen, molariteit en zuren eigenlijk allemaal?
Feiten over zuren en basen
Zuren zijn moleculen die protonen kunnen afstaan. Een eenvoudig voorbeeld is zoutzuur, HCl. Dit molecuul geeft gemakkelijk zijn H+-component af in een waterige oplossing en is a sterk zuur. Andere zuren, zoals koolzuur (H2CO3), geven hun protonen met meer tegenzin op en worden zwakke zuren. Wanneer een zuur (HA) een proton (H+) afstaat, wordt gezegd dat het geïoniseerd is, waarbij de producten H+ zijn en wat er over is (algemeen A−; in het geval van koolzuur, HCO3−).
Sterke zuren hebben lage pH-waarden. Water is neutraal, met een pH van 7; sterk basissen, of protonacceptoren (zoals natriumhydroxide, NaOH) hebben hoge pH-waarden, sommige dicht bij 14,0.
Mollen en molariteit
Voor zuur-base chemie doeleinden is het beter om de opgeloste stofconcentratie te meten in mollen, of individuele deeltjes (bijvoorbeeld atomen, moleculen), per volume-eenheid in plaats van massa per volume-eenheid. Dit komt omdat atomen in bekende verhoudingen met elkaar reageren op een manier die geen verband houdt met de atoommassa.
Eén mol (1 mol) van iets is 6,02 × 1023 deeltjes; 1 mol in een volume van 1 L heeft een molariteit van 1,0. Dus 6 mol NaCl in 8 L waterige oplossing heeft een molariteit van 6 mol/8 L = 0,75; 6 mol van het veel massievere molecuul adenosinetrifosfaat opgelost in 8 L heeft meer massa maar heeft dezelfde molariteit, 0,75 M.
Wat is de pH-formule?
De pH-vergelijking wordt meestal geschreven in de vorm
pH = -log_{10}[H^{+}]
Hier is de hoeveelheid tussen haakjes de molariteit van H+-ionen in de oplossing. Dus als u de molariteit kent, kunt u de pH-waarde krijgen en omgekeerd.
Voorbeelden van pH-berekeningen
Om van molariteit naar pH te gaan, gebruikt u uw rekenmachine of een soortgelijk hulpmiddel om de logaritme naar de basis 10 (de standaardbasis) van de molariteit te nemen, het teken om te keren om een positieve waarde te krijgen, en u bent klaar!
Voorbeeld: Als de molariteit van een waterige oplossing 6,3 × 10. is-5 M, wat is de pH?
pH = −log[6,3 × 10-5] = 4.2.
U kunt de concentratie ook uit pH en pK. berekeneneen, de laatste is afgeleid van de zuur dissociatie constanteKeen. Hoe hoger de Keen voor een bepaald zuur, hoe sterker het zuur is. de pKeen voor elk zuur is de pH waarbij de helft van het zuur is geïoniseerd (dat wil zeggen, wanneer de helft van de "zure" protonen in de oplossing is verwijderd).
De vergelijking van belang staat bekend als de Henderson-Hasselbach-vergelijking en staat geschreven:
pH = pKa + log_{10}\dfrac{[A^{-}]}{[HA]}
Dit betekent dat gegeven de pKa van een zuureen en de relatieve concentratie van anion en "intact" zuur, kun je de pH bepalen. Keen waarden kunnen eenvoudig online worden opgezocht en u kunt de pKa vinden met dezelfde bewerking als voor pH als deze niet ook wordt vermeld.
Online pH- en pOH-calculator
Zie de bronnen voor een webtool waarmee u de pH van verschillende zure en basische oplossingen kunt bepalen. Hiermee kun je gevoel krijgen voor de relaties tussen verschillende individuele zuursterktes, concentratie en pH.