Qual é o significado de uma escala de Ph?

Mesmo para quem prefere evitar aprender sobre ciência, seria difícil negociar o mundo sem ouvir referências regulares a algo chamado pH. Se você não precisa saber o que é para a aula de química, é provável que veja referências ao nível de pH e termos associados como acidez e alcalinidade, se você simplesmente assistir a alguns comerciais de xampu.

O Escala de ph é uma ferramenta que os químicos criaram para medir o quão ácida (ou alcalina, o oposto de "ácida") uma solução é. É usado todos os dias em inúmeras aplicações, desde verificar se o nível de cloro em sua banheira de hidromassagem está onde deveria estar permitindo que os bioquímicos descobrissem as condições ideais para as reações afetadas pela acidez para ocorrer.

A escala de pH, como muitas ferramentas usadas na ciência física, não é o que você chamaria de escala "intuitiva", como aquela que varia de 0 a 10 ou de 1 a 100 usada para pontuações ou porcentagens típicas de questionários. Mas assim que você desenvolver uma apreciação profunda do que o número significa em termos do comportamento das moléculas em uma solução aquosa (moléculas dissolvido em átomos e moléculas componentes na água), todo o esquema não só faz sentido, mas abre novas portas para uma compreensão totalmente nova de química.

A abreviatura pH significa "potencial de íon hidrogênio". O termo foi cunhado pelo bioquímico dinamarquês Søren Sørenson, que definiu o "p" como instruções para tirar o logaritmo da concentração do íon hidrogênio negativo, escreveu [H⁺]. pH é o logaritmo negativo do molaridade de H, que é uma medida do total de íons por unidade de volume, em vez de massa por unidade de volume.

Matematicamente, a definição de pH é

Em grande parte da ciência física, a ideia de "concentração" se aplica a massas de partículas, e não a suas outras propriedades. Por exemplo, se 5,85 gramas (g) de sal puro (cloreto de sódio ou NaCl) são dissolvidos em 1.000 mililitros ou mL (1 litro ou L) de água (H₂O), você pode expressar a concentração de cloreto de sódio na água, neste caso, como 5,85 g / L, ou 5,85 mg / mL, ou outras unidades equivalentes.

Em química, entretanto, a "quantidade" de uma substância que importa não é quantos gramas ou quilogramas dela existem, mas quantos átomos ou moléculas individuais existem. Isso ocorre porque os átomos e as moléculas reagem uns com os outros com base nas relações atômicas e moleculares, não nas relações de massa.

Diferentes tipos de átomos (ou seja, diferentes elementos) têm diferentes massas, com o número de gramas em 1 mole (6.02 × 10²³ partículas individuais) fornecidas na "caixa" do elemento na tabela periódica de elementos (consulte os Recursos).

Por exemplo, uma molécula de H₂O tem dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. Cada H tem uma massa de cerca de 1 g, enquanto um átomo de O tem uma massa de pouco menos de 16 g. Assim, enquanto 16/18 = 88,9 por cento da massa de uma molécula de água consiste em oxigênio, a água sempre tem uma proporção de 2 para 1 de átomos de H para O.

Este conceito é usado para estabelecer concentração molar, ou moles por litro, designadas M. Acontece que a massa molar do Na é 23,0 ge a do cloro é 35,5 g, então 1 mol (1 mol, nos cálculos) de NaCl tem uma massa de 58,5 g. 5,85 g é 1/10 deste, então 5,85 g NaCl / 1 L = uma solução de NaCl 0,1 M,

Se você não está familiarizado com logaritmos ou registros, pense neles como uma forma fácil de comprimir a verdadeira variabilidade de uma quantidade em uma forma mais matematicamente relacionável. Logs são expoentes tratados na forma não sobrescrita, o que requer finagling matemático e geralmente uma calculadora.

A parte que você precisa saber é que para cada fator de 10 de aumento na concentração de íons de hidrogênio, o pH diminuirá em 1 unidade inteira e inversamente. Isso significa que uma solução com um pH de 5,0 tem dez vezes a [H⁺] de uma solução com um pH de 6,0 e 1 / 1.000º do [H⁺] de uma solução de 3,0 pH.

• Tanto a força do ácido (ou seja, as propriedades inerentes de ácidos individuais) e a concentração do ácido (que você pode alterar no laboratório) determinam o pH de uma solução.

Conforme observado, uma solução 1 molar (1M) de íons de hidrogênio puro (sem um ânion associado) tem um pH de 0. Isso não é visto na natureza e é usado como um ponto de referência para medir o pH usando um eletrodo que faz parte de um medidor de pH. Eles são calibrados para traduzir as diferenças de voltagem entre a solução de referência e uma solução de interesse em um valor de pH para a última.

1 toupeira de íons por litro significa cerca de 6,02 × 10²³ moléculas ou átomos individuais (isto é, partículas individuais) por litro de solução.

Os valores comuns de pH incluem cerca de 1,5 para ácido estomacal, cerca de 2 para suco de limão, 3,5 para vinho, 7 para água pura, cerca de 7,4 para sangue humano saudável, 9 para água sanitária e 12 para amônia doméstica. Os dois últimos compostos são fortemente básicos e podem exercer danos físicos da mesma forma que o ácido, embora por um mecanismo diferente.

Um ânion circulando no sangue chamado bicarbonato (HCO³⁻), que se forma a partir da água e do dióxido de carbono, mantém o sangue um tanto alcalino e atua como um "tampão" no caso H⁺ Os íons se acumulam rapidamente no sangue, como quando a respiração é interrompida por períodos prolongados.

Talvez você tenha visto anúncios de "antiácidos", que são substâncias que, ao contrário dos ácidos, pode aceitar prótons, geralmente doando um grupo hidroxila (−OH) que aceita o próton para formar uma água molécula.

A resultante "varredura" de íons H + no estômago do ácido clorídrico que o estômago secreta naturalmente pode fornecer alívio dos efeitos prejudiciais do ácido nas membranas internas.

Exemplo: Qual é o pH de uma solução com um [H +] de 4,9 × 10⁻⁷ M?

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

Observe que o sinal negativo é responsável pelo fato de que as pequenas concentrações de íons vistas na medição as soluções produziriam uma escala com resultados negativos de outra forma, por causa dos valores expoentes negativos.

Exemplo: Qual é a concentração de íons de hidrogênio de uma solução com pH de 8,45?

Desta vez, você colocou a mesma equação para ser usada de uma maneira ligeiramente diferente:

8,45 = −log [H⁺], ou -8,45 = log [H⁺].

Para resolver, você usa o fato de que o número entre colchetes é apenas a base do log, 10, elevado ao valor do próprio log:

[H +] = 10^−8.45 = 3.5 × 10⁻⁹ M.

Consulte os Recursos para obter um exemplo de ferramenta que permite manipular a identidade e a concentração de ácidos em solução para determinar os valores de pH associados.

Observe que ao experimentar diferentes ácidos na lista suspensa fornecida e usar diferentes concentrações molares, você descobrir um fato interessante sobre o pH: depende tanto da identidade do ácido (e, portanto, de sua força inerente) e de sua concentração. Um ácido mais fraco em uma concentração molar mais alta pode, portanto, produzir uma solução com um pH mais baixo do que uma solução suficientemente diluída de um ácido mais forte.