Selv for de som foretrekker å unngå å lære om vitenskap, ville det være vanskelig å forhandle verden uten å høre regelmessige referanser til noe som kalles pH. Hvis du ikke trenger å vite hva det er for kjemiklasse, vil du sannsynligvis se referanser til pH-nivå og tilhørende termer som surhet og alkalinitet, hvis du bare ser på noen få sjampo-reklame.
De pH-skala er et verktøy som kjemikere har utviklet for å måle hvor sur (eller alkalisk, det motsatte av "sur") en løsning er. Den brukes hver dag i utallige bruksområder, fra å sjekke om klornivået i boblebadet ditt er hvor det burde være å la biokjemikere finne ut ideelle forhold for reaksjoner som er påvirket av surhet skje.
PH-skalaen, som mange verktøy som brukes i naturvitenskap, er ikke det du vil kalle en "intuitiv" skala, som en som varierer fra 0 til 10 eller 1 til 100 brukt til typiske quizpoeng eller prosentandeler. Men når du først utvikler en dyp forståelse for hva tallet betyr når det gjelder oppførselen til molekyler i en vandig løsning (molekyler oppløst i komponentatomer og molekyler i vann), er ikke hele ordningen fornuftig, men åpner nye dører til en helt ny forståelse av kjemi.
Hva er pH-skalaen?
Forkortelsen pH står for "potensialet for hydrogenion." Begrepet ble laget av den danske biokjemikeren Søren Sørenson, som definerte "p" som instruksjoner for å ta negativt av logaritmen til hydrogenionkonsentrasjonen, skrevet [H+]. pH er den negative logaritmen til molaritet av H, som er et mål på totale ioner per volumsenhet i stedet for masse per volumsenhet.
Matematisk er pH-definisjonen
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
Hva er føflekker og molaritet?
I mye av fysikk, gjelder ideen om "konsentrasjon" masser av partikler i stedet for deres andre egenskaper. For eksempel hvis 5,85 gram (g) vanlig salt (natriumklorid eller NaCl) er oppløst i 1000 ml eller 1 ml (1 liter) vann (H2O), kan du da uttrykke konsentrasjonen av natriumklorid i vann i dette tilfellet som 5,85 g / L, eller 5,85 mg / ml, eller andre tilsvarende enheter.
I kjemi er imidlertid ikke "mengden" av et stoff som betyr noe hvor mange gram eller kilo det er, men hvor mange individuelle atomer eller molekyler det er. Dette er fordi atomer og molekyler reagerer med hverandre basert på atom- og molekylære forhold, ikke masseforhold.
Ulike typer atomer (det vil si forskjellige elementer) har forskjellige masser, med antall gram i 1 føflekk (6.02 × 1023 individuelle partikler) gitt i elementets "boks" i det periodiske elementet (se ressursene).
For eksempel et molekyl av H2O har to hydrogenatomer og et oksygenatom. Hver H har en masse på omtrent 1 g, mens et O-atom har en masse på i underkant av 16 g. Således, mens 16/18 = 88,9 prosent av et vannmolekyls masse består av oksygen, har vann alltid et 2-til-1-forhold på H til O-atomer.
Dette konseptet brukes til å etablere molar konsentrasjon, eller mol per liter, utpekt M. Når det skjer, er molmassen av Na 23,0 g, og den for klor er 35,5 g, så 1 mol (1 mol, i beregninger) av NaCl har en masse på 58,5 g. 5,85 g er 1/10 av dette, så 5,85 g NaCl / 1 L = en 0,1 M NaCl-løsning,
Hva er en logaritmisk skala?
Hvis du ikke er kjent med logaritmer eller logger, kan du tenke på dem som representerer en enkel måte å komprimere den virkelige variabiliteten til en mengde til en mer matematisk relatert form. Logger er eksponenter som håndteres i ikke-skrift, som krever matematisk finagling og vanligvis en kalkulator.
Den delen du trenger å vite er at for hver faktor 10 økning i konsentrasjonen av hydrogenioner, vil pH reduseres med ett heltall og omvendt. Dette betyr at en løsning med en pH på 5,0 har ti ganger [H+] av en løsning med en pH på 6,0, og 1/1000. [H+] av en 3,0-pH-løsning.
- Både syrestyrke (det vil si de iboende egenskapene til individuelle syrer) og syrekonsentrasjonen (som du kan endre i laboratoriet) bestemmer pH i løsningen.
Hvordan måles pH?
Som nevnt har en 1-molar (1M) løsning av rene hydrogenioner (uten tilhørende anion) en pH på 0. Dette sees ikke i naturen og brukes som et referansepunkt for å måle pH ved hjelp av en elektrode som er en del av en pH-meter. Disse er kalibrert for å oversette spenningsforskjeller mellom referanseløsningen og en løsning av interesse til en pH-verdi for sistnevnte.
1 muldvarp av ioner per liter betyr omtrent 6,02 × 1023 individuelle molekyler eller atomer (dvs. individuelle partikler) per liter løsning.
Hva er betydningen av pH?
Vanlige pH-verdier inkluderer ca. 1,5 for magesyre, ca. 2 for limesaft, 3,5 for vin, 7 for rent vann, ca. 7,4 for sunt humant blod, 9 for blekemiddel og 12 for ammoniakk i husholdningen. De to sistnevnte forbindelsene er sterkt basiske og kan utøve fysisk skade akkurat som syre kan, om enn ved en annen mekanisme.
En anion som sirkulerer i blod kalt bikarbonat (HCO3−), som dannes fra vann og karbondioksid, holder blodet noe alkalisk og fungerer som en "buffer" i tilfelle H+ ioner akkumuleres raskt i blod, som når pusten blir avbrutt i lengre perioder.
Du har kanskje sett annonser for "antacida", som er stoffer som, i motsetning til syrer, kan akseptere protoner, ofte ved å donere en hydroksyl (−OH) gruppe som aksepterer protonen for å danne et vann molekyl.
Den resulterende "feiing" av H + -ioner i magen fra saltsyren magen naturlig skiller ut, kan gi lindring fra syreens skadelige effekter på indre membraner.
Eksempel på pH-beregninger
Eksempel: Hva er pH i en løsning med en [H +] på 4,9 × 10−7 M?
pH = −log [H+] = −log [4,9 × 10−7] = 6.31.
Merk at det negative tegnet utgjør det faktum at de små konsentrasjonene av ioner sett i målt løsninger ville produsert en skala med negative resultater ellers på grunn av de negative eksponentverdiene.
Eksempel: Hva er hydrogenionkonsentrasjonen av en løsning med en pH på 8,45?
Denne gangen setter du den samme ligningen som skal brukes på en litt annen måte:
8.45 = −log [H+], eller −8.45 = logg [H+].
For å løse bruker du det faktum at tallet i parentes er bare basen til loggen, 10, hevet til selve loggen:
[H +] = 10−8.45 = 3.5 × 10−9 M.
Online pH-kalkulator
Se ressursene for et eksempel på et verktøy som lar deg manipulere identiteten og konsentrasjonen av syrer i oppløsning for å bestemme tilknyttede pH-verdier.
Vær oppmerksom på at når du eksperimenterer med forskjellige syrer i rullegardinlisten og bruker forskjellige molare konsentrasjoner, vil du oppdag et interessant faktum om pH: Det avhenger av både syrenes identitet (og dermed dens iboende styrke) og dens konsentrasjon. En svakere syre i en høyere molar konsentrasjon kan derfor produsere en løsning med lavere pH enn en tilstrekkelig fortynnet løsning av en sterkere syre.