Είναι δυνατό το αρνητικό pH; Πώς λειτουργεί και πού να το βρείτε

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ εάν είναι δυνατή μια αρνητική τιμή pH στη χημεία; Η απάντηση είναι ναι! Η κλίμακα pH κυμαίνεται συνήθως από το 0 έως το 14, αλλά εάν η μοριακότητα των ιόντων υδρογόνου σε ένα ισχυρό οξύ είναι μεγαλύτερη από μία, θα υπολογίσετε μια αρνητική τιμή pH. Για παράδειγμα, το υπολογισμένο pH του 12M HCl (υδροχλωρικό οξύ) είναι:

pH =-log[H]
pH =-log[12]
pH =-1,08

Πώς λειτουργεί το αρνητικό pH

Φυσικά, υπολογίζοντας ένα αρνητικό pH είναι διαφορετικό από ένα υδατικό διάλυμα που στην πραγματικότητα έχει αρνητικό pH. Η εξίσωση pH προϋποθέτει πλήρη διάσπαση ενός ισχυρού οξέος στο ιόν του. Αποδεικνύεται ότι τα ισχυρά οξέα υψηλής συγκέντρωσης δεν διασπώνται πλήρως, επομένως ένα συμπυκνωμένο ισχυρό οξύ μπορεί να έχει υψηλότερο pH από την υπολογιζόμενη τιμή. Από την άλλη πλευρά, η δραστικότητα ιόντων υδρογόνου είναι υψηλότερη για ένα πυκνό ισχυρό οξύ παρά για ένα πιο αραιό διάλυμα. Αυτό συμβαίνει επειδή το διάλυμα περιέχει πολύ λίγο νερό ανά μονάδα οξέος. Αυτό τείνει να κάνει το πραγματικό pH χαμηλότερο από την υπολογιζόμενη τιμή. Το κλειδί είναι να καταλάβουμε ποιο έχει μεγαλύτερο αποτέλεσμα:η ατελής διάσταση ή η αυξημένη δραστηριότητα ιόντων υδρογόνου. Εάν η δραστηριότητα ιόντων υδρογόνου νικήσει, το οξύ θα μπορούσε να έχει αρνητικό pH.

Το pH ενός ισχυρού οξέος 12Μ είναι αρνητικό χρησιμοποιώντας την εξίσωση pH. Η διάσταση του οξέος και η δραστικότητα ιόντων υδρογόνου καθορίζουν εάν το πραγματικό pH είναι αρνητικό. Είναι επίσης πιθανό να έχουμε pH 0. Για ισχυρές βάσεις, είναι δυνατό να έχουμε pH μεγαλύτερο από 14.

Πώς να μετρήσετε το αρνητικό pH

Αποδεικνύεται ότι η πειραματική επαλήθευση των αρνητικών τιμών pH είναι ελαφρώς περίπλοκη. Δεν υπάρχει ειδική λακκούβα ή χαρτί pH που αλλάζει χρώμα σε αρνητική τιμή. Οι μετρητές pH γυαλιού δεν δίνουν ακριβή μέτρηση του pH κάτω από εξαιρετικά όξινες συνθήκες. Ένας γυάλινος μετρητής δίνει μια υψηλή ένδειξη που ονομάζεται «σφάλμα οξέος» που δεν μπορεί να διορθωθεί χρησιμοποιώντας την τυπική διόρθωση. Σε πραγματικές καταστάσεις με αρνητικό pH, εφαρμόζονται ειδικοί διορθωτικοί συντελεστές στις μετρήσεις ηλεκτροδίων γυαλιού. Η προσέγγιση Pitzer και η υπόθεση MacInnes είναι τα ονόματα δύο μεθόδων που χρησιμοποιούνται για την κλίμακα μετρήσεων. Ένα μέρος για να βρείτε αρνητικό pH είναι στο νερό από εργασίες εξόρυξης θειούχων μετάλλων.

Αναφορές

• Bates, Roger G. (1973). Προσδιορισμός του pH:θεωρία και πράξη . Wiley.
• Lim, Kieran F. (2006). «Υπάρχει αρνητικό pH». Journal of Chemical Education . 83 (10):1465. doi:10.1021/ed083p1465
• Nordstrom, D. Kirk; Alpers, Charles N. (Μάρτιος 1999). «Αρνητικό pH, ορυκτολογία ανθοφορίας και συνέπειες για την αποκατάσταση του περιβάλλοντος στην τοποθεσία Iron Mountain Superfund, Καλιφόρνια». Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής . 96 (7):3455–62. doi:10.1073/pnas.96.7.3455