Kaj pomeni Ph lestvica?

Tudi za tiste, ki bi se raje izognili učenju o znanosti, bi se težko pogajali o svetu, ne da bi se redno sklicevali na nekaj, kar se imenuje pH. Če vam ni treba vedeti, kaj je za tečaj kemije, boste verjetno videli sklice na raven pH in s tem povezane izraze, kot sta kislost in alkalnost, če samo gledate nekaj reklam za šampone.

The Lestvica pH je orodje, ki so ga kemiki zasnovali za merjenje, kako kisla (ali alkalna, nasprotno od "kisle") je raztopina. Vsak dan se uporablja v neštetih aplikacijah, od preverjanja, ali je raven klora v vaši masažni kadi kjer bi moralo biti omogočanje biokemikom, da ugotovijo idealne pogoje za reakcije, na katere vpliva kislost do pojavijo.

Lestvica pH, tako kot veliko orodij, ki se uporabljajo v fizikalni znanosti, ni tisto, čemur bi rekli "intuitivna" lestvica, kot je tista, ki se giblje od 0 do 10 ali od 1 do 100, ki se uporablja za tipične rezultate kviza ali odstotke. Ko pa globoko spoznate, kaj pomeni število v smislu vedenja molekul v vodni raztopini (molekule raztopljen v sestavne atome in molekule v vodi), celotna shema ni samo smiselna, ampak odpira nova vrata povsem novemu razumevanju kemije.

Okrajšava pH pomeni "potencial vodikovih ionov". Izraz je skoval danski biokemik Søren Sørenson, ki je "p" opredelil kot navodilo za izračun negativnega logaritma koncentracije vodikovih ionov, zapisano [H⁺]. pH je negativni logaritem vrednosti molarnost H, kar je merilo skupnih ionov na enoto prostornine in ne mase na enoto prostornine.

Matematično je opredelitev pH

V večini fizikalnih ved se ideja "koncentracije" nanaša bolj na mase delcev in ne na njihove druge lastnosti. Na primer, če se 5,85 grama (g) navadne soli (natrijev klorid ali NaCl) raztopi v 1.000 mililitrov ali ml (1 liter ali L) vode (H₂O), lahko nato izrazite koncentracijo natrijevega klorida v vodi v tem primeru kot 5,85 g / L ali 5,85 mg / ml ali druge enakovredne enote.

V kemiji pa "količina" snovi ni pomembna, koliko gramov ali kilogramov je, temveč koliko posameznih atomov ali molekul obstaja. To je zato, ker atomi in molekule reagirajo med seboj na podlagi atomskih in molekularnih razmerij, ne masnih razmerij.

Različne vrste atomov (to so različni elementi) imajo različne mase s številom gramov 1 mol (6.02 × 10²³ posamezni delci), navedeni v "polju" elementa v periodnem sistemu elementov (glej vire).

Na primer ena molekula H₂O ima dva atoma vodika in en atom kisika. Vsak H ima maso približno 1 g, medtem ko ima O atom nekaj manj kot 16 g. Medtem ko je 16/18 = 88,9 odstotka mase molekule vode sestavljeno iz kisika, ima voda vedno razmerje med 2 in 1 atomov H in O.

Ta koncept se uporablja za vzpostavitev molska koncentracija, ali mol na liter, imenovan M. Ko se zgodi, je molska masa Na 23,0 g, masa klora pa 35,5 g, zato ima 1 mol (1 mol, v izračunih) NaCl maso 58,5 g. 5,85 g je 1/10 tega, torej 5,85 g NaCl / 1 L = 0,1 M raztopine NaCl,

Če logaritmov ali dnevnikov ne poznate, si jih omislite kot enostavne načine za stiskanje resnične spremenljivosti količine v bolj matematično povezano obliko. Dnevniki so eksponenti, ki se obdelujejo v nenadrejeni obliki, kar zahteva matematično dokončanje in običajno kalkulator.

Del, ki ga morate vedeti, je to za vsak faktor 10 povečanja koncentracije vodikovih ionov se bo pH znižal za eno celo število in obratno. To pomeni, da ima raztopina s pH 5,0 desetkrat [H⁺] raztopine s pH 6,0 in 1 / 1.000 [H⁺] raztopine 3,0 pH.

• Tako jakost kisline (to so značilne lastnosti posameznih kislin) kot tudi koncentracija kisline (ki jo lahko spremenite v laboratoriju) določa pH raztopine.

Kot smo že omenili, ima 1-molska (1M) raztopina čistih vodikovih ionov (brez pripadajočega aniona) pH 0. V naravi tega ne vidimo in se uporablja kot referenčna točka za merjenje pH z uporabo elektrode, ki je del pH-metra. Ti so umerjeni, da pretvorijo napetostne razlike med referenčno raztopino in raztopino, ki nas zanima, v vrednost pH slednje.

1 Krt ionov na liter pomeni približno 6,02 × 10²³ posamezne molekule ali atomi (tj. posamezni delci) na liter raztopine.

Skupne vrednosti pH vključujejo približno 1,5 za želodčno kislino, približno 2 za limetin sok, 3,5 za vino, 7 za čisto vodo, približno 7,4 za zdravo človeško kri, 9 za belilo in 12 za gospodinjski amonijak. Slednji dve spojini sta močno bazični in lahko fizično poškodujeta tako kot kislina, čeprav z drugačnim mehanizmom.

Anion, ki kroži v krvi, se imenuje bikarbonat (HCO³⁻), ki nastaja iz vode in ogljikovega dioksida, ohranja kri nekoliko alkalno in deluje kot "blažilnik" v primeru H⁺ Ioni se hitro kopičijo v krvi, tako kot pri daljšem prekinitvi dihanja.

Morda ste že videli oglase za "antacide", ki so snovi, ki v nasprotju s kislinami lahko sprejme protone, pogosto z darovanjem hidroksilne (-OH) skupine, ki sprejme proton, da tvori vodo molekula.

Posledično "pometanje" ionov H + v želodcu iz klorovodikove kisline, ki jo želodec naravno izloča, lahko olajša škodljive učinke kisline na notranje membrane.

Primer: Kolikšen je pH raztopine s [H +] 4,9 × 10⁻⁷ M?

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

Upoštevajte, da negativni znak predstavlja dejstvo, da so bile izmerjene majhne koncentracije ionov, ki jih vidimo v merjenju rešitve bi zaradi negativnih eksponentnih vrednosti ustvarile lestvico z negativnimi rezultati.

Primer: Kolikšna je koncentracija vodikovih ionov v raztopini s pH 8,45?

Tokrat ste isto enačbo uporabili na nekoliko drugačen način:

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

Za rešitev uporabite dejstvo, da je število v oklepajih samo osnova dnevnika 10, povišanega na vrednost samega dnevnika:

[H +] = 10^−8.45 = 3.5 × 10⁻⁹ M.

Primer orodja, ki vam omogoča določanje identitete in koncentracije kislin v raztopini pri določanju pripadajočih vrednosti pH, je v virih.

Ko eksperimentirate z različnimi kislinami na spustnem seznamu in uporabljate različne molske koncentracije, boste odkrijte zanimivo dejstvo o pH: Odvisno je tako od identitete kisline (in s tem njene inherentne jakosti) kot od njene koncentracija. Šibkejša kislina v višji molski koncentraciji lahko torej povzroči raztopino z nižjim pH kot dovolj razredčena raztopina močnejše kisline.