Що означає шкала Ph?

Навіть тим, хто вважає за краще уникати пізнання науки, важко буде вести переговори про світ, не чуючи регулярних посилань на щось, що називається рН. Якщо вам не потрібно знати, що це за клас хімії, ви, швидше за все, побачите посилання на рівень рН та відповідні терміни, такі як кислотність та лужність, якщо просто переглянете кілька рекламних роликів шампуню.

шкала рН це інструмент, який хіміки розробили для вимірювання того, наскільки кислотним (або лужним, протилежним "кислотному") є розчин. Він використовується щодня у незліченних додатках, починаючи від перевірки рівня хлору у вашій гідромасажній ванні де повинно бути дозволено біохімікам з'ясувати ідеальні умови для реакцій, на які впливає кислотність відбуваються.

Шкала рН, як і багато інструментів, що використовуються у фізичній науці, - це не те, що ви називали б "інтуїтивно зрозумілою" шкалою, як шкала, яка коливається в межах від 0 до 10 або від 1 до 100, що використовується для типових результатів вікторини або відсотків. Але як тільки ви розвиваєте глибоке розуміння того, що означає число з точки зору поведінки молекул у водному розчині (молекули розчинені у складі атомів і молекул у воді), вся схема не тільки має сенс, але відкриває нові двері для цілковито нового розуміння хімія.

Абревіатура pH означає "потенціал іонів водню". Цей термін був придуманий данським біохіміком Серен Серенсон, який визначив «p» як інструкцію приймати мінус логарифму концентрації іонів водню, записаний [H⁺]. pH - негативний логарифм молярність H, що є мірою загальних іонів в одиниці об'єму, а не маси в одиниці об'єму.

Математично визначення рН є

У більшій частині фізичної науки ідея "концентрації" стосується маси частинок, а не інших їх властивостей. Наприклад, якщо 5,85 грама (г) звичайної солі (хлориду натрію або NaCl) розчинити в 1000 мілілітрів або мл (1 літр або L) води (H₂O), тоді можна виразити концентрацію хлориду натрію у воді в цьому випадку як 5,85 г / л, або 5,85 мг / мл, або інші еквівалентні одиниці.

Однак у хімії «кількість» речовини має значення не в тому, скільки її грамів або кілограмів, а в тому, скільки є окремих атомів або молекул. Це пов’язано з тим, що атоми та молекули реагують між собою на основі атомних та молекулярних співвідношень, а не масових співвідношень.

Різні типи атомів (тобто різні елементи) мають різну масу, з кількістю грамів в 1 моль (6.02 × 10²³ окремі частинки), наведені в "вікні" елемента в періодичній таблиці елементів (див. Ресурси).

Наприклад, одна молекула Н₂O має два атоми водню і один атом кисню. Кожен Н має масу близько 1 г, тоді як атом О має масу трохи менше 16 г. Таким чином, хоча 16/18 = 88,9 відсотка маси молекули води складається з кисню, вода завжди має відношення 2 до 1 атомів Н до О.

Це поняття використовується для встановлення молярна концентрація, або родимки на літр, призначений М. Як це трапляється, молярна маса Na становить 23,0 г, а хлору - 35,5 г, тому 1 моль (1 моль, за розрахунками) NaCl має масу 58,5 г. 5,85 г - це 10/10 цього, тож 5,85 г NaCl / 1 L = 0,1 М розчин NaCl,

Якщо ви не знайомі з логарифмами чи журналами, подумайте про них як про прості способи стиснення справжньої мінливості величини у форму, яка більш математично пов’язана. Журнали - це показники, що обробляються у неіндексному вигляді, що вимагає математичної доробки та, як правило, калькулятора.

Частина, яку ви повинні знати, це така для кожного фактору 10 збільшення концентрації іонів водню рН зменшиться на 1 цілу одиницю і навпаки. Це означає, що розчин з рН 5,0 має десять разів більше значення [H⁺] розчину з рН 6,0 та 1/1000 [H⁺] розчину 3,0 рН.

• Як сила кислоти (тобто властивості окремих кислот), так і концентрація кислоти (яку ви можете змінити в лабораторії) визначають рН розчину.

Як зазначалося, 1-молярний (1М) розчин чистих іонів водню (без асоційованого аніона) має рН 0. Це не спостерігається в природі і використовується як еталонна точка для вимірювання рН за допомогою електрода, що входить до складу рН-метра. Вони відкалібровані для переведення різниці напруг між еталонним розчином та розчином, що цікавить, у значення рН останнього.

1 родимка іонів на літр означає приблизно 6,02 × 10²³ окремі молекули або атоми (тобто окремі частинки) на літр розчину.

Загальні значення рН включають близько 1,5 для шлункової кислоти, близько 2 для соку лайма, 3,5 для вина, 7 для чистої води, близько 7,4 для здорової крові людини, 9 для відбілювача та 12 для побутового аміаку. Останні дві сполуки є сильно основними і можуть спричинити фізичні пошкодження так само, як це може зробити кислота, хоча і за іншим механізмом.

Аніон, що циркулює в крові, називається бікарбонат (HCO³⁻), який утворюється з води та вуглекислого газу, утримує кров дещо лужною і діє як "буфер" у випадку Н⁺ Іони швидко накопичуються в крові, як при перериванні дихання на тривалі періоди.

Ви, мабуть, бачили рекламу "антацидів", які є речовинами, які, на відміну від кислот, може приймати протони, часто віддаючи гідроксильну (-ОН) групу, яка приймає протон для утворення води молекула.

Отримане в результаті «змітання» іонів Н + у шлунку із соляної кислоти, яку шлунок природним чином виділяє, може полегшити шкідливий вплив кислоти на внутрішні мембрани.

Приклад: Який рН розчину з [H +] 4,9 × 10⁻⁷ М?

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

Зауважимо, що негативний знак пояснює той факт, що малі концентрації іонів, помічені при вимірюванні рішення інакше дадуть шкалу з негативними результатами через негативні значення показника.

Приклад: Яка концентрація іонів водню в розчині з рН 8,45?

Цього разу ви застосовуєте одне і те ж рівняння дещо інакше:

8.45 = −log [H⁺], або −8,45 = log [H⁺].

Для вирішення ви використовуєте той факт, що число в дужках - це лише основа журналу 10, піднятого до значення самого журналу:

[H +] = 10^−8.45 = 3.5 × 10⁻⁹ М.

Див. Ресурси для прикладу інструменту, який дозволяє маніпулювати ідентичністю та концентрацією кислот у розчині при визначенні пов'язаних значень рН.

Зауважте, що, експериментуючи з різними кислотами у випадаючому списку та використовуючи різні молярні концентрації, ви це зробите виявіть цікавий факт про рН: це залежить як від ідентичності кислоти (і, отже, від її властивості), так і від її концентрація. Таким чином, слабша кислота у більшій молярній концентрації може утворити розчин з нижчим рН, ніж достатньо розведений розчин сильнішої кислоти.