Зміст
- Визначення шкали pH
- Призначення шкали pH
- Приклади кислотних речовин
- Приклади лужних речовин
- Змішування кислоти та лугу
- Як виміряти рН
Ви можете знати, що рівень рН чистої води - 7, pH оцту - близько 3, а рН гідроксиду натрію - близько 13, але що ці цифри насправді означають? Вони розповідають вам про те, наскільки кислим або лужним є водний розчин (на водній основі) за шкалою від 0 до 14. Ця шкала відома як шкала pH, де pH є абревіатурою «потужність водню».
Визначення шкали pH
При зануренні в розчин кислот і лугів вони виділяють вільні іони. У розчині на водній основі кислота виділяє позитивний водень (Н+) іони, тоді як луг виділяє негативний гідроксид (ОН-) ті. Це означає, що при розчиненні кислоти у воді баланс між іонами водню та іонами гідроксиду змінюється, внаслідок чого в розчині є більше іонів водню, ніж іонів гідроксиду (кислий розчин). Баланс також змінюється, коли луг розчиняється у воді, але навпаки. У цьому випадку розчин закінчується більшою кількістю іонів гідроксиду, ніж іони водню (лужний розчин).
Шкала pH вимірює, наскільки сильна кислота або луг. Якщо вона є середньою точкою за шкалою, вона вважається нейтральною - концентрація іонів водню дорівнює концентрації іонів гідроксиду.
Визначення рН - від'ємний log концентрації іонів водню. Датський біохімік Серен Пітер Лауріц Соренсен відповідав за цей термін, який він створив у 1909 році як абревіатуру до "сили водню". "P" означає німецьке слово для потужності (potenz), а H - символ елемента для водню.
Sørensen придумав таке рівняння для обчислення рН:
pH = -log
Log - логарифм основи 10, і означає концентрацію іонів водню в одиницях молей на літровий розчин.
Призначення шкали pH
Шкала рН коливається від 0 до 14, при цьому 7 має нейтральний pH, все, що не перевищує 7, є кислим, а все, що перевищує 7 - лужним (іноді його називають базовим). Шкала рН є логарифмічною, тобто кожне ціле значення нижче 7 в 10 разів кисліше, ніж вище значення, а кожне ціле значення вище 7 в 10 разів менше кислого, ніж нижнє. Наприклад, рН 2 в 10 разів кисліший, ніж рН у 3 та 100 разів кисліший, ніж рН 4. Іншими словами, чим сильніше кислота, тим менша кількість pH, і чим сильніше луг, тим вище значення рН
Невеликі зміни рН можуть мати великі наслідки. Наприклад, кислотний дощ, який зазвичай має pH від 4,2 до 4,4, є більш ніж у 10 разів кислим, ніж чистий дощ, який зазвичай має рН 5,6.
Речовина з рН від 1 до 2 вважається сильною кислотою, в той час як pH з 13 до 14 - сильним лугом. Якщо кислота дуже сильна, вона може мати негативний рН, тоді як дуже сильні основи можуть мати pH вище 14. Речовина, яка не є ні кислою, ні лужною, наприклад, чиста вода, нейтральна. Кров людини має дещо вищий, ніж нейтральний pH, приблизно 7,4.
Тільки водні розчини мають рівень рН, тобто хімічні речовини, включаючи деякі рідини, не мають значення рН. Наприклад, чистий спирт, рослинна олія та бензин не мають рівня рН.
Приклади кислотних речовин
У кислих розчинах більше іонів водню, ніж лужних чи нейтральних розчинів. Кислоти також мають кислий смак і дуже сильно реагують на метали. Коли зосереджені, вони можуть бути дуже корозійними. Деякі поширені кислоти включають апельсиновий сік, оцет, лимони та сірчану кислоту.
Приклади лужних речовин
Лужні розчини мають менше іонів водню, ніж нейтральні або кислі розчини або кислоти. Основи, як правило, відчувають слизькість, і вони зазвичай мають гіркий смак. Як і кислоти, сильні луги можуть спалити вашу шкіру. Деякі поширені основи включають аміак, луг, харчову соду, мильну воду, хлорне вапно та магнезію.
Змішування кислоти та лугу
Якщо ви змішуєте рівну кількість сильної кислоти і сильного лугу, ці дві хімічні речовини по суті скасовують один одного, і в результаті виходить сіль і вода. Змішування однакових кількостей сильної кислоти і сильного лугу також дає нейтральний розчин pH. Це відома як реакція нейтралізації і виглядає приблизно так:
HA + BOH → BA + H2O + тепло
Наприклад, реакція між сильною кислотою HCl (соляною кислотою) та сильним лужним NaOH (гідроксидом натрію) є:
HCl + NaOH → NaCl + H2O + тепло
Цією реакцією утворюється хлорид натрію (кухонна сіль). Якби в реакції було більше кислоти, ніж лугу, не вся кислота реагувала б, то в результаті виходила б сіль, вода та залишкова кислота, а розчин все ще був би кислим (з рН нижче 7). Однак якби у вас було більше лугу, ніж кислоти, залишилось би луг, і кінцевий розчин все одно був би лужним (з рН більшим за 7).
Оскільки суміш прогрівається під час реакції, нейтралізація відома як екзотермічна реакція. Нейтралізація використовується для багатьох речей. Фермери можуть використовувати вапно (оксид кальцію) для нейтралізації кислих ґрунтів. Ви можете використовувати розпушувач, що містить гідрокарбонат натрію, щоб нейтралізувати кисле бджолине жаро.
Щось подібне відбувається, коли один або обидва реагенти слабкі. Слабка кислота або луг не дисоціюють повністю у воді, тому в кінці реакції можуть залишитися реагенти, які впливають на рН. Крім того, вода може не створюватися, оскільки більшість слабких лугів не є гідроксидами, тому немає жодного ОН- необхідно зробити воду.
Як виміряти рН
Ви можете вимірювати рівень pH розчину різними способами. Найпростіший метод передбачає смужки тестування pH, які виготовляються із спеціального паперу, який називається лакмусовим папером. Це фільтрувальний папір, оброблений барвниками, виготовленими з лишайників. Цей папір змінює колір при контакті з кислотою або лугом. Якщо поміщається в кислий розчин, синій лакмусовий папір стає червоним, а коли поміщається в лужний розчин, червоний лакмусовий папір стає синім. (Як можна було б очікувати, коли блакитний лакмусовий папір поміщається в нейтральний розчин, він залишається синім, а коли червоний лакмусовий папір поміщається в нейтральний розчин, він залишається червоним.)
Деякі смужки тестування на pH містять індикаторні смужки, які змінюють колір залежно від розчину, на який піддаються смужки. Якщо ви накриєте тестову смужку своїм розчином (у чистому контейнері) на кілька секунд, а потім виймете її, ви можете порівняти кінець тестової смужки з отриманою кольоровою діаграмою з папером для визначення рівня pH розчину.
Ще один спосіб вимірювання pH вимагає зонда та вимірювача. Перш ніж використовувати ці інструменти, потрібно відкалібрувати вимірювальний прилад, випробувавши його в речовині з відомим рівнем рН (наприклад, дистильована вода з рН 7). Після того, як ви здійснили будь-які необхідні коригування лічильника, промили та висушили зонд та лічильник, ви можете провести свій тест на рН на вашому зразку рідини в чистому контейнері, досить глибокому, щоб повністю покрити наконечник зонда. Перевірте температуру зразка термометром і переконайтесь, що вимірювач відповідає цій температурі. Помістіть зонд у ваш зразок і дочекайтеся, коли вимірювання стане постійним (це означає, що вимірювач досяг рівноваги), перш ніж записати рівень pH.