Utspädning är en vanlig labteknik som de flesta vetenskapsstudenter stöter på när de vill uppnå en specifik koncentration av en lösning. Men det är också vad du gör när du lägger till vatten i din mat och dryck hemma för att göra dem mer efter din smak. Utspädning påverkar många egenskaper hos en lösning, inklusive dess pH-nivå.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Utspädning gör en sur lösning mer alkalisk och en alkalisk lösning surare. För att räkna ut pH-effekten av utspädning bestämmer du koncentrationen av vätejoner och konverterar den till pH med en enkel arbetsformel.
Betydelse av utspädning
För att späda ut en vattenlösning, tillsätt helt enkelt vatten. Detta ökar andelen av lösningsmedlet eller det flytande materialet för utspädning jämfört med det för det lösta ämnet eller komponenten löst i lösningsmedlet. Om du till exempel spädar saltvatten innehåller lösningen samma mängd salt, men mängden vatten ökar.
Betydelse av pH
PH-skalan mäter hur surt eller alkaliskt ett ämne är. Den löper från 0 till 14, med ett pH på 7 är neutralt, ett pH som är lägre än 7 är surt och ett pH som är högre än 7 är alkaliskt. Skalan är logaritmisk, vilket betyder att varje hel pH-värde under 7 är tio gånger surare än nästa högre värde. Exempelvis är pH 3 tio gånger surare än pH 4 och 100 gånger surare än pH 5.
Detsamma gäller för pH-värden över 7. Varje värde är tio gånger mer alkaliskt än nästa lägre helvärde. Exempelvis är pH 9 tio gånger mer alkaliskt än pH 8 och 100 gånger mer alkaliskt än pH 7. Rent eller destillerat vatten har ett pH på 7, men när du lägger till kemikalier i vatten kan lösningen antingen vara sur eller alkalisk. PH-nivån för en lösning är ett mått på dess vätejonkoncentration. Lösningar med hög koncentration av vätejoner har lågt pH och lösningar med låga koncentrationer av H + -joner har högt pH.
Utspädning av en syra
Syraämnen inkluderar svart kaffe, batterisyra och citronsaft. Utspädning av en syra minskar koncentrationen av H + (aq) -joner, vilket ökar pH-nivån för lösningen mot 7, vilket gör den mindre sur. PH-nivån för en sur lösning kan dock inte bli högre än 7, eftersom vattnet du tillsätter för att späda ut det inte är alkaliskt.
Utspädning av en alkali
Alkaliska ämnen inkluderar ammoniak, bakpulver och blekmedel. Utspädning av en alkali minskar koncentrationen av OH- (aq) -joner, vilket minskar pH-nivån för lösningen mot 7, vilket gör den mindre alkalisk. PH-nivån för en alkalisk lösning kan dock inte bli lägre än 7, eftersom vattnet du tillsätter för att späda ut det inte är surt.
Beräkning av pH-effekt av utspädning
PH-nivån för en lösning är ett mått på dess vätejonkoncentration. Lösningar med hög koncentration av vätejoner har lågt pH och lösningar med låga koncentrationer av H + -joner har högt pH. En enkel arbetsdefinition av pH är pH = - log [H +], där [H +] är vätejonmolariteten. En logaritm av ett tal är helt enkelt exponenten när du skriver det numret som en kraft på tio. Definitionen av pH löst för vätejonmolaritet är då [H +] = 10-pH. Till exempel är molariteten hos vätejoner i en pH 6-lösning 10-6 M. Använd denna beräkning för att uppskatta vätejonkoncentrationen före utspädning.
Mät lösningens nya volym efter utspädning. Om du till exempel spädar lösningen till fyra gånger sin ursprungliga volym, minskar koncentrationen till en fjärdedel. Om den ursprungliga volymen är V1 och den totala volymen efter utspädning är V4, kommer den slutliga koncentrationen att vara V1 / V4 gånger den ursprungliga koncentrationen. Du kan sedan konvertera vätejonkoncentrationen tillbaka till pH med pH = - log [H +].