Zuren zijn nauw betrokken bij talloze biologische, geologische en technologische processen. Bacteriën produceren melkzuur dat voedsel bewaart, bodemzuren maken voedingsstoffen vrij uit op steen gebaseerde meststoffen en zuren in batterijen leiden tot reacties die elektrische energie opwekken. Zoutzuur, vaak afgekort als HCl, is een bekend voorbeeld van een sterk zuur en specifieke pH-waarden kunnen worden bereikt door mengsels van zoutzuur en water.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
De toevoeging van zoutzuur aan water verlaagt de pH van water tot een waarde van minder dan 7,0 en maakt een zure oplossing.
Zuurgraad meten
De pH-schaal, die typisch varieert van 0 tot 14, meet de concentratie van waterstofionen in een stof. Zuren hebben een pH-waarde lager dan 7, basen hebben een pH-waarde hoger dan 7 en een pH-waarde van 7,0 is het neutrale punt. De pH-schaal is negatief en logaritmisch, wat betekent dat een toename van de waterstofionenconcentratie met een factor tien overeenkomt met een afname van één eenheid op de pH-schaal. Het toevoegen van een zure stof aan water verlaagt de algehele pH van de oplossing.
Gebroken moleculen, vrije ionen
Wanneer een zuur aan water wordt toegevoegd, scheiden de moleculen van het zuur zich in afzonderlijke ionen in een proces dat disassociatie wordt genoemd. Een molecuul zoutzuur is bijvoorbeeld samengesteld uit een waterstofatoom en een chlooratoom. Wanneer deze moleculen oplossen in water, scheiden ze zich in een positief geladen waterstofion en een negatief geladen chloorion. Dit leidt tot een verhoogde concentratie van waterstofionen en dus tot een lagere pH. Zoutzuur is geclassificeerd als een "sterk" zuur, wat betekent dat vrijwel alle moleculen dissociëren. Veel andere zuren - zoals azijnzuur, gewoonlijk azijn genoemd - worden geclassificeerd als "zwakke" zuren. Slechts enkele van de moleculen van zwakke zuren vallen uiteen wanneer ze aan water worden toegevoegd.
Een extreem zuur
Zuiver zoutzuur heeft een theoretische pH van nul - met andere woorden, het is extreem zuur. In praktische situaties bestaat zoutzuur echter alleen als verdunde stof. Bijgevolg hangt de effectieve pH van zoutzuur af van de verdunningsgraad. Omdat de pH van zoutzuur zo laag is, treden er grote pH-veranderingen op, zelfs wanneer kleine hoeveelheden worden toegevoegd aan een neutrale oplossing zoals water. Een voorbeeld van verdund zoutzuur is menselijk maagzuur, dat een pH-waarde van rond de 3 heeft.
pH voorspellen
De mate van pH-verandering die optreedt wanneer sterke zuren zoals zoutzuur aan water worden toegevoegd komt direct overeen met de verdunningsfactor, omdat alle zure moleculen één waterstof afgeven ion. Omdat de pH-schaal een logaritmische relatie volgt, komt een verdunning van een factor tien overeen met een pH-verandering van één eenheid. Zo leidt 1 milliliter zoutzuur toegevoegd aan 10 milliliter pH-neutraal water tot een verlaging van de concentratie waterstofionen met een factor tien. De pH van de uiteindelijke oplossing zal dus een eenheid hoger zijn dan de pH van het oorspronkelijke zoutzuur. Als er 1 milliliter zoutzuur wordt toegevoegd aan 100 milliliter water, daalt de concentratie waterstofionen met twee factoren van tien en stijgt de pH met twee eenheden.