Indhold
- Definition af pH-skala
- Formålet med pH-skalaen
- Eksempler på sure stoffer
- Eksempler på alkaliske stoffer
- Blanding af syre og alkali
- Sådan måles pH
Du ved måske, at pH-niveauet for rent vand er 7, pH i eddike er ca. 3 og pH i natriumhydroxid er omkring 13, men hvad betyder disse tal faktisk? De fortæller dig, hvor sur eller alkalisk en vandig (vandbaseret) opløsning er i en skala fra 0 til 14. Denne skala er kendt som pH-skalaen, hvor pH er forkortelsen for "kraft af brint."
Definition af pH-skala
Når du sænker syrer og alkalier i opløsning, frigiver de frie ioner. I en vandbaseret opløsning frigiver en syre positivt brint (H+ioner, mens en alkali frigiver negativt hydroxid (OH-) dem. Dette betyder, at når en syre opløses i vand, ændres balancen mellem hydrogenioner og hydroxidioner, hvilket resulterer i flere hydrogenioner end hydroxidioner i opløsningen (en sur opløsning). Balancen ændres også, når et alkali opløses i vand, men på den modsatte måde. I dette tilfælde ender opløsningen med flere hydroxidioner end hydrogenioner (en alkalisk opløsning).
PH-skalaen måler, hvor stærk en syre eller alkali er. Hvis det er midtpunkt på skalaen, betragtes det som neutralt - koncentrationen af hydrogenioner er lig med koncentrationen af hydroxidioner.
Definitionen af pH er den negative log for hydrogenionkoncentration. Den danske biokemiker Søren Peter Lauritz Sørensen var ansvarlig for dette udtryk, som han oprettede i 1909 som en forkortelse for "magt af brint." "P" står for det tyske ord for magt (potenz), og H er elementets symbol for brint.
Sørensen kom med følgende ligning til beregning af pH:
pH = -log
Log er base-10 logaritmen og står for hydrogenionkoncentrationen i enheder mol pr. Liter opløsning.
Formålet med pH-skalaen
PH-skalaen løber fra 0 til 14, hvor 7 er en neutral pH-værdi, alt under 7 er surt, og alt over 7 er alkalisk (undertiden omtalt som basisk). PH-skalaen er logaritmisk, hvilket betyder, at hver hele værdi under 7 er 10 gange mere sur end den højere værdi, og hver hel værdi over 7 er 10 gange mindre sur end den lavere værdi. For eksempel er en pH på 2 10 gange surere end en pH på 3 og 100 gange mere sur end en pH på 4. Med andre ord, jo stærkere syren, jo lavere er pH-tallet, og jo stærkere alkalien, desto mere højere pH-antal.
Små ændringer i pH kan have store effekter. For eksempel er surt regn, som generelt har en pH-værdi på 4,2 til 4,4, mere end 10 gange mere surt end rent regn, som normalt har en pH på 5,6.
Et stof med en pH på 1 til 2 betragtes som en stærk syre, mens et med en pH på 13 til 14 er en stærk alkali. Hvis en syre er meget stærk, kan den have en negativ pH, mens meget stærke baser kan have en pH, der er højere end 14. Et stof, der hverken er surt eller alkalisk, såsom rent vand, er neutral. Humant blod har en lidt højere end neutral neutral pH på ca. 7,4.
Kun vandige opløsninger har pH-niveauer, hvilket betyder, at kemikalier, inklusive nogle væsker, ikke har pH-værdier. For eksempel har ren alkohol, vegetabilsk olie og benzin ikke et pH-niveau.
Eksempler på sure stoffer
Syreopløsninger har flere hydrogenioner end alkaliske eller neutrale opløsninger. Syrer har også en sur smag og reagerer meget stærkt på metaller. Når de er koncentreret, kan de være meget ætsende. Nogle almindelige syrer inkluderer appelsinsaft, eddike, citroner og svovlsyre.
Eksempler på alkaliske stoffer
Alkaliske opløsninger har færre brintioner end neutrale eller sure opløsninger eller syrer. Baser har en tendens til at blive glatte, og de har normalt en bitter smag. Ligesom syrer kan stærke alkalier forbrænde din hud. Nogle almindelige baser inkluderer ammoniak, lud, bagepulver, sæbevand, blegemiddel og magnesia-mælk.
Blanding af syre og alkali
Hvis du blander lige store mængder af en stærk syre og en stærk alkali, annullerer de to kemikalier i det væsentlige hinanden, og resultatet er et salt og vand. Blanding af de samme mængder af en stærk syre og en stærk alkali giver også en neutral pH-opløsning. Dette er kendt som en neutraliseringsreaktion og ser sådan ud:
HA + BOH → BA + H2O + varme
F.eks. Er reaktionen mellem den stærke syre HCI (saltsyre) og den stærke alkali-NaOH (natriumhydroxid):
HCI + NaOH → NaCl + H2O + varme
Denne reaktion producerer natriumchlorid (bordsalt). Hvis du havde mere syre end alkali i reaktionen, ville ikke al syren reagere, så resultatet ville være salt, vand og restsyre, og opløsningen ville stadig være sur (med en pH-værdi lavere end 7). Hvis du imidlertid havde mere alkali end syre, ville der være rester af alkali, og den endelige opløsning ville stadig være alkalisk (med en pH-værdi på over 7).
Fordi blandingen opvarmes under reaktionen, er neutralisering kendt som en eksoterm reaktion. Neutralisering bruges til mange ting. Landmænd kan bruge kalk (calciumoxid) til at neutralisere syrejord. Du kan bruge bagepulver, der indeholder natriumhydrogencarbonat, til at neutralisere en sur bi-sting.
Noget lignende sker, når en eller begge af reaktanterne er svage. En svag syre eller alkali dissocieres ikke fuldstændigt i vand, så der kan være restreaktanter ved afslutningen af reaktionen, der påvirker pH-værdien. Der oprettes muligvis ikke vand, fordi de fleste svage alkalier ikke er hydroxider, så der er ingen af OH- nødvendigt at fremstille vand.
Sådan måles pH
Du kan måle pH-niveauet for en opløsning på forskellige måder. Den enkleste metode involverer pH-teststrimler, der er lavet af et specielt papir kaldet lakmuspapir. Dette er filterpapir, der er behandlet med farvestoffer fremstillet af lav. Dette papir skifter farve, når det kommer i kontakt med en syre eller alkalisk. Når det placeres i en sur opløsning, bliver blåt lakmapapir rødt, og når det anbringes i en alkalisk opløsning, bliver rødt lakmuspapir blåt. (Som man kunne forvente, når blåt lakmapapir placeres i en neutral opløsning, forbliver det blåt, og når rødt lakmapapir placeres i en neutral opløsning, forbliver det rødt.)
Nogle pH-teststrimler indeholder indikatorstænger, som hver ændrer farve afhængigt af den opløsning, som strimlen udsættes for. Når du dækker teststrimlen med din opløsning (i en ren beholder) i et par sekunder og derefter fjerner den, kan du sammenligne slutningen af teststrimlen med det farvekort, du har modtaget, med papiret for at bestemme opløsningen pH-niveau.
En anden måde at måle pH kræver en sonde og måler. Inden du bruger disse værktøjer, skal du kalibrere måleren ved at teste den i et stof med et kendt pH-niveau (f.eks. Destilleret vand med en pH på 7). Efter at du har foretaget de nødvendige justeringer af måleren og skyllet og tørret sonden og måleren, kan du udføre din pH-test på din væskeprøve i en ren beholder dybt nok til at dække sondens spids helt. Kontroller prøvens temperatur med et termometer, og sørg for, at måleren stemmer overens med denne temperatur. Placer sonden i din prøve, og vent på, at målingen bliver konstant (dette betyder, at måleren har nået balance), før du registrerer pH-niveauet.