Tartalom
- A pH-skála meghatározása
- A pH-skála célja
- Példák savakra
- Példák lúgos anyagokra
- Sav és lúg keverése
- Hogyan mérjük a pH-t?
Tudja, hogy a tiszta víz pH-szintje 7, az ecet pH-ja körülbelül 3 és a nátrium-hidroxid pH-ja körülbelül 13, de mit jelentenek ezek a számok? Megmondják nekik, milyen savas vagy lúgos egy vizes (vízbázisú) oldat, 0 és 14 közötti skálán. Ezt a skálát pH-skálanak nevezik, ahol a pH a "hidrogénteljesítmény" rövidítése.
A pH-skála meghatározása
Amikor savakat és lúgokat merít oldatba, szabad ionok szabadulnak fel. Vízbázisú oldatban egy sav pozitív hidrogént szabadít fel (H+) ionok, míg egy lúg negatív hidroxidot (OH-) azok. Ez azt jelenti, hogy amikor egy sav feloldódik vízben, akkor a hidrogénionok és a hidroxidionok egyensúlya megváltozik, és több hidrogéniont eredményez, mint az oldatban (savas oldat) a hidroxidionokat. Az egyensúly is megváltozik, amikor egy lúgot feloldunk vízben, hanem fordítva. Ebben az esetben az oldat több hidroxid-ionnal végződik, mint a hidrogénionokkal (lúgos oldat).
A pH-skála méri, milyen erős egy sav vagy lúg. Ha a skála középpontja, akkor semlegesnek tekinthető - a hidrogénionok koncentrációja megegyezik a hidroxid-ionok koncentrációjával.
A pH meghatározása a hidrogénionkoncentráció negatív logje. A dán biokémikus, Søren, Peter Lauritz Sørensen volt a felelős e kifejezésért, amelyet 1909-ben a "hidrogén erő" rövidítéseként hozott létre. A "P" a német energiát (potenz) jelenti, és H a hidrogén elem szimbóluma.
Sørensen a következő egyenlettel állította elő a pH kiszámítását:
pH = -log
A log az alap-10 logaritmus, és a hidrogénion-koncentrációt jelenti mól egység / liter oldatban.
A pH-skála célja
A pH-skála 0-tól 14-ig terjed, 7-nek semlegesnek kell lennie, 7-nél alatti bárki savas és 7-nél felette bárki lúgos (néha bázikusnak is nevezik). A pH-skála logaritmikus, azaz minden 7-nél alacsonyabb érték tízszer savasabb, mint a magasabb érték, és minden 7-nél nagyobb teljes érték tízszer kevésbé savas, mint az alacsonyabb érték. Például a 2-es pH-érték tízszer savasabb, mint a 3-as pH-ja, és 100-szor savasabb, mint a 4-es pH. Más szavakkal: minél erősebb a sav, annál alacsonyabb a pH-értéke és annál erősebb a lúg, annál magasabb a pH-érték.
A pH alacsony változásai nagy hatásokkal járhatnak. Például a savas eső, amelynek pH-ja általában 4,2-4,4, több mint tízszer savasabb, mint a tiszta eső, amelynek pH-ja általában 5,6.
Az 1 és 2 közötti pH-értékű anyag erős savnak tekinthető, míg az anyag, amelynek pH-ja 13–14, erős lúg. Ha egy sav nagyon erős, akkor annak negatív pH-ja lehet, míg a nagyon erős bázisok pH-ja 14-nél magasabb lehet. Az sem sav, sem lúgos anyag, például tiszta víz semleges. Az emberi vér pH-ja valamivel magasabb, mint semleges, kb. 7,4.
Csak a vizes oldatokban vannak pH-értékek, azaz a vegyi anyagok - beleértve néhány folyadékot is - nem rendelkeznek pH-értékkel. Például a tiszta alkoholnak, növényi olajnak és benzinnek nincs pH-ja.
Példák savakra
A savas oldatokban több hidrogénion van, mint lúgos vagy semleges oldatokban. A savak savanyú ízűek és nagyon erősen reagálnak a fémekre. Sűrített állapotban nagyon maró hatású lehet. Néhány gyakori savak közé tartozik a narancslé, ecet, citrom és kénsav.
Példák lúgos anyagokra
Az alkáli oldatok kevesebb hidrogéniont tartalmaznak, mint a semleges vagy savas oldatok vagy savak. Az alapok csúszósak és általában keserű ízűek. A savakhoz hasonlóan az erős lúgok éghetik a bőrt. Néhány általános bázis az ammónia, lúg, szódabikarbóna, szappanos víz, fehérítő és magnézium-tej.
Sav és lúg keverése
Ha egyenlő mennyiségű erős savat és erős lúgot keverünk, a két vegyi anyag lényegében kiküszöböli egymást, és ennek eredményeként só és víz lesz. Ugyanazon mennyiségű erős sav és erős lúg keverésével semleges pH-oldatot kapunk. Ezt neutralizációs reakciónak nevezik, és így néz ki:
HA + BOH → BA + H2O + hő
Például az erős savas sósav (sósav) és az erős lúgos NaOH (nátrium-hidroxid) közötti reakció a következő:
HCl + NaOH → NaCl + H2O + hő
Ez a reakció nátrium-kloridot (asztali sót) eredményez. Ha a savban több, mint a lúgban lenne a reakció, akkor nem minden sav reagálna, így az eredmény só, víz és maradék sav lenne, és az oldat továbbra is savas (pH-ja 7-nél alacsonyabb). Ha azonban több lúg lenne, mint sava, akkor maradna lúg, és a végsõ oldat továbbra is lúgos (pH-ja 7-nél nagyobb).
Mivel a keverék felmelegszik a reakció során, a semlegesítést exoterm reakciónak nevezik. A semlegesítést sok szempontból használják. A gazdák mész (kalcium-oxid) felhasználásával savas talajokat semlegesíthetnek. A savas méhcsípés semlegesítéséhez használhat sütőport, amely nátrium-hidrogén-karbonátot tartalmaz.
Valami hasonló történik, ha az egyik vagy mindkét reagens gyenge. A gyenge sav vagy lúg nem bomlik el teljesen a vízben, így a reakció végén maradhatnak reagensek, amelyek befolyásolják a pH-t. Ezenkívül előfordulhat, hogy a víz nem képződik, mivel a legtöbb gyenge lúg nem hidroxid, tehát nincs OH- víz előállításához szükséges.
Hogyan mérjük a pH-t?
Az oldat pH-ját különböző módon mérheti. A legegyszerűbb módszer pH-tesztcsíkokat foglal magában, amelyek speciális papírból, lakmuszpapírból készülnek. Ez egy szűrőpapír, amelyet zuzmókból készített festékekkel kezeltek. Ez a papír megváltoztatja a színt, amikor savakkal vagy lúgokkal érintkezik. Savas oldatba helyezve a kék lakmuszpapír vörösre vált, és alkalikus oldatba helyezve a piros lakmuszpapír kékké válik. (Amint számíthat arra, hogy amikor a kék lakmuszpapírt semleges oldatba helyezik, akkor kék színű marad, és amikor a piros lakmuszpapírt semleges oldatba helyezik, akkor piros marad.)
Néhány pH-tesztcsík jelzősávokat tartalmaz, amelyek mindegyike színét megváltoztatja attól függően, hogy a csík ki van-e téve. Amikor néhány másodpercre letakarja a tesztcsíkot az oldattal (tiszta tartályban), majd eltávolítja, összehasonlíthatja a tesztcsík végét a színes diagrammal, amelyet a papírhoz kapott, hogy meghatározza az oldatok pH-szintjét.
A pH mérésének másik módja egy szonda és mérő szükséges. Ezen eszközök használata előtt meg kell kalibrálnia a mérőt úgy, hogy ismert pH-értékű anyaggal (például desztillált vízzel, amelynek pH-ja 7) megvizsgálja. Miután elvégezte a mérőkészülék szükséges beállításait, öblítette és megszárította a szondát és a mérőt, elvégezheti a pH-tesztjét folyékony mintáján egy tiszta edényben, amely elég mély, hogy teljesen letakarja a szonda hegyét. Ellenőrizze a minta hőmérsékletét hőmérővel és ellenőrizze, hogy a mérő megegyezik-e ezzel a hőmérsékletivel. Helyezze a szondát a mintába, és várja meg, amíg a mérés állandóvá válik (ez azt jelenti, hogy a mérő elérte az egyensúlyt), mielőtt felvette a pH-értéket.