Woda ma wiele użytecznych i interesujących właściwości, a niektóre z nich są widoczne na pierwszy rzut oka. Oczywiste jest, że świat składa się z dużej ilości wody, ale prawie żadna woda, jaką kiedykolwiek widziałeś, nie jest „tylko” wodą. Niektóre wody, takie jak woda z kranu, wyglądają na krystalicznie czystą i zawierają tylko niewielką ilość zanieczyszczeń, podczas gdy większość wód w stawach i oceanach zawiera widoczną materię rozpuszczoną lub zawieszoną w niej.
Inną ciekawą właściwością wody jest to, że pod względem pH, termin popularny zarówno w reklamach szamponów, jak i na testy chemiczne, znajduje się dokładnie pośrodku skali: nie jest ani kwasem, ani zasadą i doskonale neutralny. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, co to oznacza z punktu widzenia matematyki formuły pH oraz definicji kwasów i zasad w chemii.
Czym są kwasy i zasady?
Termin pH jest związany z kwasowość. Kwasy są związkami zdolnymi do oddania protonu lub jonu wodorowego (H+), w roztworze wodnym, pozostawiając anion (jon naładowany ujemnie) zwany sprzężoną zasadą i generujący hydron (H
3O+) w wodzie. Silne kwasy takie jak HCl oddają swoje protony, nawet gdy roztwór jest już stosunkowo bogaty w protony. Słabe kwasy oddają swoje w roztworach zbliżonych do neutralnego pH, o wartości 7,0.Bazy to związki, które mogą przyjmować protony lub równoważnie w roztworach wodnych oddają grupę hydroksylową (–OH). Mocna baza takie jak NaOH mogą to zrobić nawet w obecności wysokiego stężenia jonów hydroksylowych (lub niskiego stężenia jonów H+). Słabe zasady, takie jak słabe kwasy, nie mają tendencji do jonizacji, dopóki pH nie będzie bliskie obojętnemu.
Jakie jest znaczenie pH?
Chociaż pH odnosi się do miary kwasowości (lub zasadowości, zwanej również zasadowością), w rzeczywistości oznacza to pouvoir hydrogenem, lub „moc wodoru” po francusku. W dziedzinach chemii małe „p” jest operatorem oznaczającym „weź ujemny logarytm z”.
Pomijając matematykę, jest to skala, która kompresuje bardzo szeroki zakres stężeń hydroniowych i wodorotlenków widocznych w wodzie do skali od 0 do 14 dla celów praktycznych.
Roztwór o pH 1,0 jest silnie kwaśny i ma [H+] stężenie 10 razy wyższe niż w roztworze o pH 2,0, 100 razy wyższe niż w roztworze o pH 3,0 i 1000 razy wyższy niż roztwór o pH 4,0. Wynika to z właściwości logarytmów, jak zobaczysz w kilku przykłady.
Co to jest podstawowe równanie pH?
Wzór na pH przyjmuje najczęściej postać pH = –log[H+], gdzie [H+] to stężenie w molach na litr (mol/L lub M). Istnieje równoważny wzór na stężenie jonów wodorotlenowych:
pOH = –[OH–]
Przykład: Jakie jest pH roztworu o [H+] z 2,8 × 10–3 M?
pH = –log[2,8 × 10–3] = 2.55
Czy sama woda jest kwasem czy zasadą?
Woda ma pH 7,0; na każdy jon H+, który „uwalnia się”, jeden OH– jon istnieje, aby go zrównoważyć. Woda jest więc amfoteryczny, lub zdolny do działania zarówno jako kwas, jak i zasada (choć w żadnym z nich nie jest szczególnie „dobry”).
samojonizacja wody jest reprezentowana przez wyrażenie Kw= [H3O+][OH−] = 1.0 × 10−14, gdzie Kw jest stałą wody. Ponieważ pKw= –log[Kw] i Kw jest stałą 1,0 × 10−14, pKw = 14, co określa dziwnie ponumerowaną skalę pH.
Bardziej ogólnie, Kw jest reprezentowana przez stałą dysocjacji dla kwasów Kza, który różni się w zależności od gatunku.
Oblicz pH: kalkulator lub narzędzie online
Nie musisz robić problemów z pH lub pKza problemy związane z wodą w twojej głowie; możesz użyć funkcji dziennika standardowego kalkulatora lub odwiedzić stronę podobną do tej w Zasobie, która pozwala wprowadzić różne wartości pH dla różnych kwasów w różnych stężeniach w rozwiązanie.