Τι είναι το pH; Ο τύπος και η εξίσωση pH

Το pH είναι ένα μέτρο του πόσο όξινη ή βασική είναι μια ουσία. Στην καθημερινότητά μας, συναντάμε και πίνουμε πολλά υγρά με διαφορετικό pH. Το νερό είναι μια ουδέτερη ουσία. Η σόδα και ο καφές είναι συχνά όξινα. Το pH είναι μια σημαντική ιδιότητα, καθώς επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο οι ουσίες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με το σώμα μας. Στις λίμνες και τους ωκεανούς μας, το pH καθορίζει ποια πλάσματα μπορούν να επιβιώσουν στο νερό. Διαβάστε παρακάτω για να μάθετε λεξιλόγιο που σχετίζεται με το pH, πώς να χρησιμοποιείτε τον τύπο pH, πώς να υπολογίζετε το pH και γιατί το pH είναι μια σημαντική μέτρηση!

Τι είναι το pH;

Το pH είναι ένα μέτρο του πόσο βασική ή όξινη είναι μια ουσία. Το pH έχει εύρος 0-14. Ένα pH μεγαλύτερο από 7 σημαίνει ότι η ουσία είναι βασική. Ένα pH μικρότερο από 7 σημαίνει ότι η ουσία είναι όξινη. Όταν το pH είναι ακριβώς 7, αυτό σημαίνει ότι η ουσία είναι ουδέτερη.

Όξινη ουσία είναι οτιδήποτε θα δώσει ένα πρωτόνιο. Μια βασική ουσία δέχεται ένα πρωτόνιο. Για περισσότερα σχετικά με τα οξέα και τις βάσεις, ανατρέξτε σε αυτό το άρθρο.

Ο τύπος pH είναι:

pH =-log ([H])

Αυτός ο τύπος pH συζητείται με περισσότερες λεπτομέρειες σε μια ενότητα παρακάτω, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου χρήσης του τύπου pH.

Σχετικοί σύνδεσμοι

• Ισχυρά οξέα και βάσεις
• Ιδιότητες οξέων και βάσεων
• Χημεία Οξέος Βάσεων
• Απομονωτές
• Θεωρίες οξέων βάσεων:Arrhenius &Brønsted-Lowry Acids
• Αντίδραση εξουδετέρωσης οξέων βάσεων

Τι είναι η κλίμακα pH;

Η κλίμακα pH ξεκινά από τον αριθμό 0 και τελειώνει στον αριθμό 14. Αυτοί οι αριθμοί επιτρέπουν την ταξινόμηση των ουσιών με βάση το pH τους. οι πιο όξινες ουσίες θα είναι κοντά στο 0, ενώ οι πιο βασικές ή αλκαλικές ουσίες θα είναι κοντά στο 14. Όσο χαμηλότερο είναι το pH, τόσο περισσότερα ιόντα Η θα υπάρχουν και τόσο ισχυρότερο είναι το οξύ. Οι πιο βασικές ή αλκαλικές ουσίες θα έχουν ταξινόμηση μεταξύ 7 και 14.

Τύπος pH

pH =−log ([H])

Ο τύπος για το pH φαίνεται παραπάνω. Το pH ορίζεται ως η αρνητική λογαριθμική βάση 10 της συγκέντρωσης υδρονίου.

Το pH είναι ένα λογαριθμικό μέτρο της συγκέντρωσης των ιόντων υδρογόνου σε ένα διάλυμα. Επειδή το pH είναι σε λογαριθμική κλίμακα, αυτό σημαίνει ότι η αύξηση του pH κατά 1 αντιστοιχεί στον πολλαπλασιασμό της συγκέντρωσης των ιόντων Η επί 10! Έτσι, παρόλο που η διαφορά μεταξύ pH 6 και pH 7 μπορεί να ακούγεται μικρή, είναι στην πραγματικότητα αρκετά μεγάλη. Για την εξίσωση του pH, η συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου είναι πάντα μοριακή συγκέντρωση, δηλαδή mole H ανά λίτρο.

Πώς να υπολογίσετε το pH

Εάν γνωρίζετε τη συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου, τότε ο υπολογισμός του pH απλώς συνδέεται με την εξίσωση του pH. Μερικές φορές, ένα πρόβλημα θα σας πει ότι ένα οξύ διασπάται πλήρως σε ιόντα σε διάλυμα. Σε αυτό, η γνώση της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου είναι απλή.

Για παράδειγμα:Ας υποθέσουμε ότι ένα 0,2 μοριακό διάλυμα HCl διασπάται πλήρως στο διάλυμα. Αυτό σημαίνει ότι για κάθε mole υδροχλωρικού οξέος, υπάρχει 1 mole ιόντων Η. (Το HCl είναι ισχυρό οξύ, άρα διασπάται πλήρως). Έτσι, η συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου είναι 0,2 M. Ο τύπος pH μας λέει ότι το pH είναι το αρνητικό log της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου – που είναι 0,2 γραμμομοριακά. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε μια αριθμομηχανή για να συνδέσετε τα 0,2 M στον τύπο pH.

pH =-log ([H]) =– log (0,1) =0,699

Τώρα αν το οξύ δεν διασπαστεί τελείως, και σας δίνουν το K_a του οξέος, πρέπει να υπολογίσετε το pH από το K_a , το οποίο καλύπτεται σε αυτό το άρθρο.

pH Εξίσωση – Μετατροπή pH σε H

Σε ορισμένες περιπτώσεις, γνωρίζουμε το pH και πρέπει να μετατραπεί στη μοριακή συγκέντρωση των ιόντων Η. Για αυτό, πρέπει να αντιστρέψουμε τον λογάριθμο από την πρώτη εξίσωση, αυξάνοντας το 10 στην ισχύ του αρνητικού pH.

[H] =10

Χρησιμοποιώντας αυτή την εξίσωση, βρίσκουμε ότι εάν το pH ενός διαλύματος είναι 7, τότε [H] =10 M. Εάν το pH ενός διαλύματος είναι 0, τότε [H] =10 M =1M (ένα μοριακό διάλυμα) και αν το pH ενός διαλύματος είναι 14, τότε [H] =10 M.

Μέτρηση pH

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι μέτρησης του pH μιας ουσίας στο εργαστήριο, στο σπίτι ή στο χωράφι.

1. PH Probe: Ένας ανιχνευτής pH είναι ένα όργανο που έχει έναν βραχίονα με δύο μικρά ηλεκτρόδια μέσα. Ο βραχίονας τοποθετείται σε μια ουσία και τα ηλεκτρόδια ανταποκρίνονται στο pH του διαλύματος. Το pH εμφανίζεται συνήθως σε μια μικρή οθόνη. Υπάρχουν τόσο μεγάλα όσο και μικρά φορητά μοντέλα αυτού του οργάνου.

2. Χαρτί λακκούβας: Το χαρτί λακκούβας είναι μια λεπτή λωρίδα χαρτιού που αλλάζει χρώμα με βάση το pH του διαλύματος στο οποίο βυθίζεται. Αυτός ο δείκτης pH μπορεί να βρεθεί σε ορισμένα καταστήματα με είδη κατοικίδιων ζώων για να ελέγξετε το pH των ενυδρείων.

3. Χημικοί δείκτες: Οι χημικοί δείκτες είναι χημικές ουσίες που μπορείτε να τοποθετήσετε σε διάλυμα που θα αλλάξουν το χρώμα του διαλύματος καθώς αλλάζει το pH. Μερικά κοινά είναι η φαινολοφθαλεΐνη, το μπλε της βρωμθυμόλης και η λακκούβα. Αν και οι διατριβές δεν θα σας δώσουν το ακριβές pH, είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να πείτε τι είναι το pH μιας ουσίας.

4. Πολλοί άλλοι: Υπάρχουν πολλές άλλες χημικές ουσίες που μπορούν να λειτουργήσουν ως δείκτες με διαφορετικούς τρόπους. Ένα εύκολο που μπορείτε να δοκιμάσετε στο σπίτι είναι η χρήση χυμού λάχανου. Οδηγίες για να φτιάξετε τον δικό σας δείκτη χυμού λάχανου μπορείτε να βρείτε εδώ. Μια άλλη εξαιρετική δραστηριότητα για την εξερεύνηση του pH διαφορετικών ουσιών μπορείτε επίσης να βρείτε εδώ.

pOH

Ο όρος pOH είναι παρόμοιος με το pH, αλλά αναφέρεται στην αλκαλικότητα ή τη βασικότητα, δηλαδή τη συγκέντρωση του ιόντος υδροξειδίου (ΟΗ-) σε ένα διάλυμα. Οι δύο κλίμακες λειτουργούν πανομοιότυπα, εκτός από το ότι η κλίμακα είναι αντίστροφη. Μια ουδέτερη ουσία έχει και pH και pOH 7. Ωστόσο, στην κλίμακα pOH μια βασική ουσία θα έχει pOH μικρότερο από 7. Η εξίσωση για το pOH είναι η ίδια με αυτή για το pH εκτός από τη χρήση της συγκέντρωσης του υδροξειδίου αντί του H:

pOH =−log [OH]

Το νερό και το pH του

Το καθαρό νερό έχει pH 7 στην κλίμακα pH, που σημαίνει ότι είναι ουδέτερο. Στο καθαρό νερό, η συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου και των ιόντων υδροξειδίου είναι και τα δύο ίδια – 10 M.

Ωστόσο, τα διαλυμένα οξέα, βάσεις ή άλατα μπορούν να το κάνουν είτε όξινο είτε βασικό. Για παράδειγμα, το νερό των ωκεανών τείνει να έχει pH περίπου 8. Ακόμη και ένα ποτήρι νερό δεν θα έχει pH ακριβώς 7 λόγω του διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα που διαλύεται σε αυτό. Οι ρύποι μπορούν επίσης να αλλάξουν το pH του νερού, επομένως το pH του νερού παρακολουθείται συχνά σε πολλές περιπτώσεις τόσο για ασφάλεια όσο και για έρευνα.

K_w στη Χημεία

K_w είναι η σταθερά διάστασης ή σταθερά ιοντισμού του νερού.

Όταν το νερό ιονίζεται, διασπάται σε ιόν υδρογόνου (Η) και ιόν υδροξειδίου (ΟΗ). Το H είναι ασταθές στο νερό από μόνο του και προτιμά να σχηματίζει ιόν υδρονίου (H₃ O), αλλά για λόγους ευκολίας συνήθως εξακολουθούμε να το αναφέρουμε ως H.

Η σταθερά ιοντισμού του νερού αντιπροσωπεύει τον βαθμό στον οποίο υπάρχει ως ιόντα έναντι μαζί ως μόρια και ισούται με τη συγκέντρωση του H επί τη συγκέντρωση του ΟΗ:

K_w =[H][OH]

pK_w =-log K_w

Σε θερμοκρασία δωματίου, K_w =10 και pKw =14. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτή τη σταθερά για να μετατρέψουμε μεταξύ του pH και του pOH μέσω της παρακάτω εξίσωσης:

pH + pOH =pK_w

Γιατί είναι σημαντικό το pH;

Ορισμένες χημικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα μόνο υπό ορισμένες συνθήκες pH. Μερικές φορές αυτό συμβαίνει επειδή το Η ή το ΟΗ δρα ως αντιδρών στην αντίδραση. Σε άλλες περιπτώσεις, το οξύ ή η βάση μπορούν να καταλύσουν μια αντίδραση, που σημαίνει ότι επηρεάζουν τον ρυθμό της αντίδρασης.

Οι ζωντανοί οργανισμοί βασίζονται σε μια μεγάλη ποικιλία βιοχημικών αντιδράσεων και διεργασιών, οι περισσότερες από τις οποίες απαιτούν συγκεκριμένες περιοχές pH. Ως αποτέλεσμα, οικοσυστήματα όπως οι λίμνες και τα ποτάμια ευδοκιμούν υπό συνθήκες pH που είναι ευνοϊκές για τη βιοχημεία της τοπικής χλωρίδας και πανίδας.

Όπως ένα οικοσύστημα, το ανθρώπινο σώμα έχει ένα ορισμένο pH που επιτρέπει τη σωστή λειτουργία των διαφορετικών εργασιών που εκτελεί το σώμα μας. Χρειαζόμαστε μια τιμή στο αίμα μας και μια εντελώς διαφορετική (πολύ πιο όξινη) στα πεπτικά μας υγρά. Διαφορετικά, η φυσιολογική βιοχημεία θα μπορούσε να καταρρεύσει, προκαλώντας σοβαρά προβλήματα υγείας. Ευτυχώς, οι άνθρωποι και πολλά άλλα πλάσματα έχουν αίμα που είναι ρυθμισμένο, έτσι ώστε το pH να μην μπορεί να αλλάξει εύκολα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο εάν πίνετε ένα μπουκάλι αλκαλικό νερό ή όξινη σόδα, το αίμα σας θα παραμείνει σχεδόν το ίδιο, προστατεύοντάς σας από τις επιπτώσεις της ανισορροπίας!

Μια άλλη συνέπεια αυτού του διχτυού ασφαλείας που είναι ενσωματωμένο στο αίμα σας είναι ότι τα κοινά οφέλη για την υγεία που σχετίζονται με το αλκαλικό νερό είναι ως επί το πλείστον φτιαγμένα. Ακόμα κι αν το αίμα σας ήταν κατά κάποιο τρόπο πολύ όξινο, το να πίνετε λίγο νερό με pH 8 μετά βίας θα το άλλαζε!

Διασκεδαστικά στοιχεία για την κλίμακα pH

• Τα οξέα συχνά έχουν ξινή γεύση, όπως τα λεμόνια
• Οι βάσεις τείνουν να έχουν πικρή γεύση
• Ο Søren Peder Lauritz Sørensen επινόησε τον τύπο pH και την κλίμακα pH το 1909. Ο Sørensen ήταν ένας Δανός χημικός που εργαζόταν στο Εργαστήριο Carlsberg.
• Πολλά καθαριστικά είναι πολύ βασικά (pH> 10). Μερικά παραδείγματα περιλαμβάνουν καθαριστικό αποχέτευσης, χλωρίνη και διάλυμα αμμωνίας. Να είστε πάντα προσεκτικοί όταν εργάζεστε με πολύ βασικές ή πολύ όξινες ουσίες.
• Λόγω της αύξησης του διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα, οι ωκεανοί μας μειώνονται αυτήν τη στιγμή σε pH, πράγμα που σημαίνει ότι γίνονται πιο όξινα. Η αλλαγή του pH έχει κλιμακωτές επιπτώσεις στα πλάσματα του ωκεανού. Για το ιστορικό και τις δραστηριότητες σχετικά με αυτό το θέμα, ανατρέξτε σε αυτό το άρθρο.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Τι είναι η ειδική θερμότητα;
• Αντιδράσεις εξουδετέρωσης οξέων βάσεων
• Τι είναι το αντιδρόν;
• Τι είναι ένας χημικός δεσμός;