Chiar și pentru cei care ar prefera să evite să învețe despre știință, ar fi dificil să negociezi lumea fără să auzi referințe regulate la ceva numit pH. Dacă nu trebuie să știți ce este pentru clasa de chimie, este probabil să vedeți referințe la nivelul pH-ului și la termeni asociați precum aciditate și alcalinitate, dacă urmăriți doar câteva reclame de șampon.
scara pH-ului este un instrument pe care chimiștii l-au conceput pentru a măsura cât de acidă (sau alcalină, opusul „acidului”) este o soluție. Este utilizat în fiecare zi în nenumărate aplicații, de la verificarea nivelului de clor din cada cu hidromasaj unde ar trebui să permită biochimiștilor să descopere condițiile ideale pentru reacțiile afectate de aciditate la apar.
Scara pH-ului, ca o mulțime de instrumente utilizate în știința fizică, nu este ceea ce ați numi o scară „intuitivă”, cum ar fi una care variază de la 0 la 10 sau de la 1 la 100 folosită pentru scoruri tipice ale testelor sau procente. Dar odată ce ați dezvoltat o profundă apreciere a ceea ce înseamnă numărul în ceea ce privește comportamentul moleculelor într-o soluție apoasă (molecule dizolvate în atomi și molecule componente în apă), întreaga schemă nu numai că are sens, ci deschide noi uși către o înțelegere complet nouă a chimie.
Care este scala pH-ului?
Abrevierea pH înseamnă „potențialul ionului hidrogen”. Termenul a fost inventat de biochimistul danez Søren Sørenson, care a definit „p” ca instrucțiuni pentru a lua negativul logaritmului concentrației ionilor de hidrogen, scris [H+]. pH-ul este logaritmul negativ al molaritatea de H, care este o măsură a ionilor total pe unitate de volum, mai degrabă decât a masei pe unitate de volum.
Din punct de vedere matematic, definiția pH-ului este
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
Ce sunt alunițele și molaritatea?
În mare parte din știința fizică, ideea „concentrării” se aplică mai degrabă maselor de particule decât celorlalte proprietăți ale acestora. De exemplu, dacă 5,85 grame (g) de sare simplă (clorură de sodiu sau NaCI) este dizolvată în 1.000 mililitri sau ml (1 litru sau L) de apă (H2O), puteți exprima apoi concentrația de clorură de sodiu în apă în acest caz ca 5,85 g / L sau 5,85 mg / ml sau alte unități echivalente.
În chimie, însă, „cantitatea” de substanță care contează nu este câte grame sau kilograme din ea există, ci câte atomi sau molecule individuale există. Acest lucru se datorează faptului că atomii și moleculele reacționează între ele pe baza raporturilor atomice și moleculare, nu a raporturilor de masă.
Diferite tipuri de atomi (adică elemente diferite) au mase diferite, cu numărul de grame în 1 aluniță (6.02 × 1023 particule individuale) date în „caseta” elementului în tabelul periodic al elementelor (vezi Resurse).
De exemplu, o moleculă de H2O are doi atomi de hidrogen și un atom de oxigen. Fiecare H are o masă de aproximativ 1 g, în timp ce un atom de O are o masă de puțin sub 16 g. Astfel, în timp ce 16/18 = 88,9% din masa unei molecule de apă constă din oxigen, apa are întotdeauna un raport 2-la-1 de atomi H la O.
Acest concept este folosit pentru a stabili concentrația molară, sau alunițe pe litru, desemnat M. După cum se întâmplă, masa molară a Na este de 23,0 g, iar cea a clorului este de 35,5 g, deci 1 mol (1 mol, în calcule) de NaCl are o masă de 58,5 g. 5,85 g este 1/10 din aceasta, deci 5,85 g NaCI / 1 L = o soluție NaCl 0,1 M,
Ce este o scară logaritmică?
Dacă nu sunteți familiarizați cu logaritmii sau jurnalele, gândiți-vă la ele ca reprezentând o modalitate ușoară de a comprima adevărata variabilitate a unei cantități într-o formă mai relatabilă matematic. Jurnalele sunt exponenți tratați sub formă non-supercript, care necesită matematică matematică și, de obicei, un calculator.
Partea pe care trebuie să o cunoașteți este aceea pentru fiecare factor de creștere de 10 a concentrației ionilor de hidrogen, pH-ul va scădea cu 1 unitate întreagă și invers. Aceasta înseamnă că o soluție cu un pH de 5,0 are de zece ori mai mare decât [H+] a unei soluții cu un pH de 6,0 și 1 / 1.000th [H+] a unei soluții de 3,0-pH.
- Atât puterea acidă (adică proprietățile inerente ale acizilor individuali), cât și concentrația de acid (pe care o puteți modifica în laborator) determină pH-ul unei soluții.
Cum se măsoară pH-ul?
După cum sa menționat, o soluție 1-molar (1M) de ioni de hidrogen pur (fără un anion asociat) are un pH de 0. Acest lucru nu este văzut în natură și este folosit ca punct de referință pentru măsurarea pH-ului folosind un electrod care face parte dintr-un pH-metru. Acestea sunt calibrate pentru a traduce diferențele de tensiune dintre soluția de referință și o soluție de interes într-o valoare de pH pentru aceasta din urmă.
1 cârtiță de ioni pe litru înseamnă aproximativ 6,02 × 1023 molecule individuale sau atomi (adică particule individuale) pe litru de soluție.
Care este semnificația pH-ului?
Valorile obișnuite ale pH-ului includ aproximativ 1,5 pentru acidul din stomac, aproximativ 2 pentru sucul de lămâie, 3,5 pentru vin, 7 pentru apă pură, aproximativ 7,4 pentru sângele uman sănătos, 9 pentru înălbitor și 12 pentru amoniac de uz casnic. Ultimii doi compuși sunt puternic bazici și pot exercita daune fizice la fel ca acidul, deși printr-un mecanism diferit.
Un anion care circulă în sânge se numește bicarbonat (HCO3−), care se formează din apă și dioxid de carbon, menține sângele oarecum alcalin și acționează ca un „tampon” în cazul H+ ionii se acumulează rapid în sânge, ca atunci când respirația este întreruptă pentru perioade prelungite.
Ați văzut probabil reclame pentru „antiacide”, care sunt substanțe care, spre deosebire de acizi, poate accepta protoni, adesea prin donarea unei grupări hidroxil (-OH) care acceptă protonul pentru a forma o apă moleculă.
Rezultatul „măturării” ionilor H + în stomac din acidul clorhidric pe care stomacul îl secretă în mod natural poate oferi ameliorarea efectelor dăunătoare ale acidului asupra membranelor interne.
Exemple de calcule ale pH-ului
Exemplu: Care este pH-ul unei soluții cu un [H +] de 4,9 × 10−7 M?
pH = −log [H+] = −log [4,9 × 10−7] = 6.31.
Rețineți că semnul negativ explică faptul că concentrațiile mici de ioni observate în măsurate soluțiile ar produce o scală cu rezultate negative în caz contrar, din cauza valorilor exponentului negativ.
Exemplu: Care este concentrația ionilor de hidrogen a unei soluții cu un pH de 8,45?
De data aceasta, puneți aceeași ecuație de utilizat într-un mod ușor diferit:
8.45 = −log [H+], sau −8,45 = log [H+].
Pentru a rezolva, utilizați faptul că numărul dintre paranteze este doar baza logului, 10, ridicat la valoarea jurnalului în sine:
[H +] = 10−8.45 = 3.5 × 10−9 M.
Calculator pH online
Consultați Resursele pentru un exemplu de instrument care vă permite să manipulați identitatea și concentrația acizilor în soluție în determinarea valorilor pH asociate.
Rețineți că, pe măsură ce experimentați cu acizi diferiți în lista derulantă furnizată și utilizați diferite concentrații molare, veți face descoperiți un fapt interesant despre pH: depinde atât de identitatea acidului (și, prin urmare, de puterea sa inerentă), cât și de concentraţie. Un acid mai slab într-o concentrație molară mai mare poate produce, prin urmare, o soluție cu un pH mai mic decât o soluție suficient de diluată a unui acid mai puternic.