Innhold
- Definisjon av pH-skala
- Formålet med pH-skalaen
- Eksempler på sure stoffer
- Eksempler på alkaliske stoffer
- Blanding av syre og alkali
- Hvordan måle pH
Du vet kanskje at pH-nivået i rent vann er 7, pH i eddik er omtrent 3 og pH i natriumhydroksyd er rundt 13, men hva betyr egentlig disse tallene? De forteller deg hvor sur eller alkalisk en vandig (vannbasert) løsning er, i en skala fra 0 til 14. Denne skalaen er kjent som pH-skalaen, der pH er forkortelsen for "kraft av hydrogen."
Definisjon av pH-skala
Når du senker syrer og alkalier i oppløsning, frigjør de gratis ioner. I en vannbasert løsning frigjør en syre positivt hydrogen (H+) ioner mens et alkali frigjør negativt hydroksyd (OH-) de. Dette betyr at når en syre blir oppløst i vann, endres balansen mellom hydrogenioner og hydroksydioner, noe som resulterer i flere hydrogenioner enn hydroksydioner i løsningen (en sur løsning). Balansen endrer seg også når et alkali løses opp i vann, men på motsatt måte. I dette tilfellet ender oppløsningen med flere hydroksydioner enn hydrogenioner (en alkalisk løsning).
PH-skalaen måler hvor sterk en syre eller et alkali er. Hvis det er midtpunkt på skalaen, regnes det som nøytralt - konsentrasjonen av hydrogenioner er lik konsentrasjonen av hydroksydioner.
Definisjonen av pH er den negative loggen for hydrogenionkonsentrasjonen. Den danske biokjemikeren Søren Peter Lauritz Sørensen stod for dette begrepet, som han opprettet i 1909 som en forkortelse for "kraft av hydrogen." "P" står for det tyske ordet for makt (potenz), og H er elementets symbol for hydrogen.
Sørensen kom med følgende ligning for å beregne pH:
pH = -log
Log er base-10 logaritmen, og står for hydrogenionkonsentrasjonen i enheter mol per liter løsning.
Formålet med pH-skalaen
PH-skalaen går fra 0 til 14, hvor 7 er en nøytral pH, noe under 7 er surt og alt over 7 er alkalisk (noen ganger referert til som basisk). PH-skalaen er logaritmisk, noe som betyr at hver hele verdi under 7 er 10 ganger surere enn den høyere verdien, og hver hele verdi over 7 er 10 ganger mindre sur enn den lavere verdi. For eksempel er en pH på 2 10 ganger surere enn en pH på 3 og 100 ganger surere enn en pH på 4. Med andre ord, jo sterkere syre, jo lavere er pH-tallet, og jo sterkere alkali, desto lavere høyere pH-nummer.
Små endringer i pH kan ha store effekter. For eksempel er sur nedbør, som generelt har en pH på 4,2 til 4,4, mer enn 10 ganger surere enn rent regn, som vanligvis har en pH på 5,6.
Et stoff med en pH på 1 til 2 anses å være en sterk syre, mens et med en pH på 13 til 14 er en sterk alkali. Hvis en syre er veldig sterk, kan den ha en negativ pH, mens veldig sterke baser kan ha en pH høyere enn 14. Et stoff som verken er surt eller alkalisk, for eksempel rent vann, er nøytralt. Menneskelig blod har en litt høyere enn nøytral pH på omtrent 7,4.
Bare vandige oppløsninger har pH-nivåer, noe som betyr at kjemikalier, inkludert noen væsker, ikke har pH-verdier. For eksempel har ren alkohol, vegetabilsk olje og bensin ingen pH-nivå.
Eksempler på sure stoffer
Syreoppløsninger har flere hydrogenioner enn alkaliske eller nøytrale oppløsninger. Syrer har også en sur smak og reagerer veldig sterkt på metaller. Når de er konsentrert, kan de være veldig etsende. Noen vanlige syrer inkluderer appelsinjuice, eddik, sitroner og svovelsyre.
Eksempler på alkaliske stoffer
Alkaliske oppløsninger har færre hydrogenioner enn nøytrale eller sure oppløsninger eller syrer. Baser har en tendens til å føles glatte, og de har vanligvis en bitter smak. Som syrer kan sterke alkalier brenne huden din. Noen vanlige baser inkluderer ammoniakk, lut, natron, såpevann, blekemiddel og melk av magnesia.
Blanding av syre og alkali
Hvis du blander like store mengder av en sterk syre og en sterk alkali, avbryter de to kjemikaliene i hovedsak hverandre, og resultatet er et salt og vann. Blanding av de samme mengdene av en sterk syre og en sterk alkali gir også en nøytral pH-løsning. Dette er kjent som en nøytraliseringsreaksjon og ser slik ut:
HA + BOH → BA + H2O + varme
For eksempel er reaksjonen mellom den sterke syren HCl (saltsyre) og den sterke alkaliske NaOH (natriumhydroksyd):
HCl + NaOH → NaCl + H2O + varme
Denne reaksjonen produserer natriumklorid (bordsalt). Hvis du hadde mer syre enn alkali i reaksjonen, ville ikke all syren reagere, så resultatet ville være salt, vann og matrester, og løsningen vil fortsatt være sur (med en pH-verdi lavere enn 7). Imidlertid, hvis du hadde mer alkali enn syre, ville det være rester av alkali, og den endelige løsningen ville fortsatt være alkalisk (med en pH-verdi større enn 7).
Fordi blandingen varmer opp under reaksjonen, er nøytralisering kjent som en eksoterm reaksjon. Nøytralisering brukes til mange ting. Bønder kan bruke kalk (kalsiumoksyd) for å nøytralisere sur jord. Du kan bruke bakepulver, som inneholder natriumhydrogenkarbonat, for å nøytralisere en sur bie-stikk.
Noe lignende skjer når en eller begge av reaktantene er svake. En svak syre eller alkali dissosieres ikke fullstendig i vann, så det kan være restreaktanter ved reaksjonens slutt, som påvirker pH. Det kan heller hende at vann ikke dannes fordi de fleste svake alkalier ikke er hydroksider, så det er ingen av OH- nødvendig å lage vann.
Hvordan måle pH
Du kan måle pH-nivået i en løsning på forskjellige måter. Den enkleste metoden innebærer pH-teststrimler, som er laget av et spesialpapir som kalles lakmuspapir. Dette er filterpapir som har blitt behandlet med fargestoffer laget av lav. Dette papiret endrer farge når det kommer i kontakt med en syre eller alkalisk. Når det er plassert i en sur løsning, blir blåt lakmapapir rødt, og når det legges i en alkalisk løsning, blir rødt lakmuspapir blått. (Som du forventer, når blått lakmapapir plasseres i en nøytral løsning, forblir det blått, og når rødt lakmapapir plasseres i en nøytral løsning, forblir det rødt.)
Noen pH-teststrimler inneholder indikatorstenger som hver endrer farge avhengig av løsningen stripen er utsatt for. Når du dekker teststrimmelen med løsningen din (i en ren beholder) i noen sekunder og deretter fjerner den, kan du sammenligne slutten av teststrimlen med fargekartet du mottok med papiret for å bestemme løsningenes pH-nivå.
En annen måte å måle pH krever en sonde og måler. Før du bruker disse verktøyene, må du kalibrere måleren ved å teste den i et stoff med et kjent pH-nivå (for eksempel destillert vann med en pH på 7). Etter at du har gjort nødvendige justeringer på måleren og skylt og tørket sonden og måleren, kan du utføre pH-testen din på væskeprøven din i en ren beholder dypt nok til å fullstendig dekke spissen av sonden. Sjekk temperaturen på prøven med et termometer, og sørg for at måleren stemmer overens med denne temperaturen. Plasser sonden i prøven din og vent til målingen blir konstant (dette betyr at måleren har nådd likevekt) før du registrerer pH-nivået.