Что означает шкала Ph?

Даже тем, кто предпочитает избегать изучения науки, будет трудно вести переговоры о мире, не слыша регулярных упоминаний о том, что называется pH. Если вам не нужно знать, что это за урок химии, вы, вероятно, увидите ссылки на уровень pH и связанные с ним термины, такие как кислотность и щелочность, если вы просто посмотрите несколько рекламных роликов шампуня.

В шкала pH это инструмент, который изобрели химики, чтобы измерить, насколько кислым (или щелочным, в противоположность «кислому») является раствор. Он используется каждый день в бесчисленных приложениях, начиная с проверки уровня хлора в вашей гидромассажной ванне. где это должно быть, чтобы позволить биохимикам определить идеальные условия для реакций, на которые влияет кислотность на происходить.

Шкала pH, как и многие инструменты, используемые в физической науке, не является тем, что вы бы назвали «интуитивной» шкалой, например шкалой от 0 до 10 или от 1 до 100, используемой для типичных оценок или процентов в тестах. Но как только вы начнете глубоко понимать, что означает число с точки зрения поведения молекул в водном растворе (молекулы растворены в составляющих атомах и молекулах в воде), вся схема не только имеет смысл, но и открывает новые двери для совершенно нового понимания химия.

Аббревиатура pH означает «потенциал иона водорода». Термин был придуман датским биохимиком. Сорен Соренсон, который определил "p" как инструкцию брать отрицательный логарифм концентрации ионов водорода, записанный [H⁺]. pH - это отрицательный логарифм молярность H, который является мерой общего количества ионов в единице объема, а не массы в единице объема.

Математически определение pH таково:

В большей части физической науки идея «концентрации» применяется к массам частиц, а не к их другим свойствам. Например, если 5,85 грамма (г) простой соли (хлорида натрия или NaCl) растворить в 1000 миллилитрах или мл (1 литре или л) воды (H₂O), тогда вы можете выразить концентрацию хлорида натрия в воде в этом случае как 5,85 г / л, или 5,85 мг / мл, или в других эквивалентных единицах.

Однако в химии «количество» вещества имеет значение не столько граммов или килограммов, сколько отдельных атомов или молекул. Это потому, что атомы и молекулы реагируют друг с другом на основе атомных и молекулярных соотношений, а не массовых соотношений.

Различные виды атомов (то есть разные элементы) имеют разную массу, причем количество граммов в 1 моль (6.02 × 10²³ отдельные частицы), заданные в «ящике» элемента в периодической таблице элементов (см. Ресурсы).

Например, одна молекула H₂O имеет два атома водорода и один атом кислорода. Каждый H имеет массу около 1 г, а атом O имеет массу чуть менее 16 г. Таким образом, хотя 16/18 = 88,9 процентов массы молекулы воды состоит из кислорода, вода всегда имеет соотношение атомов H и O 2: 1.

Эта концепция используется для установления молярная концентрация, или же моль на литр, назначенный M. Так получилось, что молярная масса Na составляет 23,0 г, а хлора - 35,5 г, поэтому 1 моль (1 моль, в расчетах) NaCl имеет массу 58,5 г. 5,85 г составляет 1/10 от этого количества, поэтому 5,85 г NaCl / 1 л = 0,1 М раствор NaCl,

Если вы не знакомы с логарифмами или журналами, думайте о них как о простых способах сжатия истинной изменчивости величины в более математически понятную форму. Журналы - это показатели, обрабатываемые без надстрочного индекса, что требует математических изысков и, как правило, калькулятора.

Вам нужно знать, что для каждого 10-кратного увеличения концентрации ионов водорода pH будет уменьшаться на 1 целую единицу и наоборот.. Это означает, что раствор с pH 5,0 имеет в десять раз больше [H⁺] раствора с pH 6,0 и 1/1000 [H⁺] раствора с pH 3,0.

• И сила кислоты (то есть свойства, присущие отдельным кислотам), и концентрация кислоты (которую вы можете изменить в лаборатории) определяют pH раствора.

Как уже отмечалось, 1-молярный (1M) раствор чистых ионов водорода (без связанного аниона) имеет pH 0. Это не наблюдается в природе и используется в качестве контрольной точки для измерения pH с помощью электрода, который является частью pH-метра. Они откалиброваны для преобразования разности напряжений между эталонным раствором и интересующим раствором в значение pH для последнего.

1 крот ионов на литр означает около 6,02 × 10²³ отдельные молекулы или атомы (т.е. отдельные частицы) на литр раствора.

Общие значения pH включают около 1,5 для желудочного сока, около 2 для сока лайма, 3,5 для вина, 7 для чистой воды, около 7,4 для крови здорового человека, 9 для отбеливателя и 12 для бытового аммиака. Последние два соединения являются сильно основными и могут вызывать физические повреждения, как и кислота, хотя и по другому механизму.

Анион, циркулирующий в крови, называется бикарбонат (HCO³⁻), который образуется из воды и углекислого газа, сохраняет щелочность крови и действует как «буфер» в случае, если H⁺ ионы быстро накапливаются в крови, так как дыхание прерывается на длительное время.

Возможно, вы видели рекламу «антацидов» - веществ, которые, в отличие от кислот, может принимать протоны, часто отдавая гидроксильную (-ОН) группу, которая принимает протон с образованием водной молекула.

В результате «выметание» ионов H + в желудке из соляной кислоты, которую желудок естественным образом выделяет, может облегчить повреждающее воздействие кислоты на внутренние мембраны.

Пример: Каков pH раствора с [H +] 4,9 × 10⁻⁷ М?

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

Обратите внимание, что отрицательный знак объясняет тот факт, что небольшие концентрации ионов, наблюдаемые при измерении В противном случае решения будут давать шкалу с отрицательными результатами из-за отрицательных значений показателя степени.

Пример: Какова концентрация ионов водорода в растворе с pH 8,45?

На этот раз вы примените то же уравнение немного по-другому:

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

Чтобы решить эту проблему, вы используете тот факт, что число в скобках - это просто основание журнала, 10, возведенное в значение самого журнала:

[H +] = 10^−8.45 = 3.5 × 10⁻⁹ М.

В разделе «Ресурсы» приведен пример инструмента, который позволяет вам управлять идентичностью и концентрацией кислот в растворе при определении связанных значений pH.

Обратите внимание: экспериментируя с разными кислотами из выпадающего списка и используя разные молярные концентрации, вы будете узнайте интересный факт о pH: он зависит как от типа кислоты (и, следовательно, от присущей ей силы), так и от ее концентрация. Следовательно, более слабая кислота с более высокой молярной концентрацией может давать раствор с более низким pH, чем достаточно разбавленный раствор более сильной кислоты.