Съдържание
- Определение на скалата на pH
- Цел на pH скалата
- Примери за киселинни вещества
- Примери за алкални вещества
- Смесване на киселина и алкали
- Как да се измери pH
Може да знаете, че нивото на pH на чистата вода е 7, pH на оцета е около 3, а pH на натриевия хидроксид е около 13, но какво всъщност означават тези числа? Те ви казват колко кисел или алкален е воден разтвор (на водна основа) в скала от 0 до 14. Тази скала е известна като скалата на pH, където pH е съкращението за "мощност на водород."
Определение на скалата на pH
Когато потопите киселини и основи в разтвор, те отделят свободни йони. Във воден разтвор, киселина отделя положителен водород (H+) йони, докато алкалът отделя отрицателен хидроксид (OH-) нечий. Това означава, че когато киселина се разтвори във вода, балансът между водородните йони и хидроксидните йони се променя, което води до повече водородни йони, отколкото хидроксидни йони в разтвора (кисел разтвор). Балансът също се променя, когато една алкала се разтваря във вода, но по обратния начин. В този случай разтворът завършва с повече хидроксидни йони от водородните йони (алкален разтвор).
PH скалата измерва колко силна е киселина или алкал. Ако тя е средна точка на скалата, тя се счита за неутрална - концентрацията на водородни йони е равна на концентрацията на хидроксидните йони.
Определението на pH е отрицателният лог на концентрацията на водородни йони. Датският биохимик Søren Peter Lauritz Sørensen е отговорен за този термин, който той създава през 1909 г. като съкращение от "мощност на водород". "P" означава немската дума за мощност (potenz), а H е елементът символ за водород.
Sørensen създаде следното уравнение за изчисляване на pH:
pH = -log
Log е логаритъмът на основата 10 и означава концентрацията на водородни йони в единици моли на литър разтвор.
Цел на pH скалата
PH скалата варира от 0 до 14, като 7 е неутрално pH, всичко под 7 е кисело, а всичко над 7 е алкално (понякога наричано основно). PH скалата е логаритмична, което означава, че всяка цяла стойност под 7 е 10 пъти по-кисела от по-високата стойност, а всяка цяла стойност над 7 е 10 пъти по-малко кисела от тази на по-ниската. Например, pH от 2 е 10 пъти по-кисел от pH на 3 и 100 пъти по-кисел от pH на 4. С други думи, колкото по-силна е киселината, толкова по-ниско е рН числото и колкото по-силна е основата, по-високо рН число.
Малките промени в pH могат да имат големи ефекти. Например киселият дъжд, който обикновено има рН от 4,2 до 4,4, е повече от 10 пъти по-кисел от този на чистия дъжд, който обикновено има рН 5,6.
Вещество с рН от 1 до 2 се счита за силна киселина, докато едно с рН от 13 до 14 е силна алкал. Ако една киселина е много силна, тя може да има отрицателно pH, докато много силните основи могат да имат рН по-високо от 14. Вещество, което не е нито кисело, нито алкално, като чиста вода, е неутрално. Човешката кръв има малко по-високо от неутралното pH около 7,4.
Само водни разтвори имат нива на pH, което означава, химикали, включително някои течности, нямат рН стойности. Например чистият алкохол, растителното масло и бензинът нямат ниво на pH.
Примери за киселинни вещества
В киселите разтвори има повече водородни йони от алкални или неутрални разтвори. Киселините също имат кисел вкус и реагират много силно на металите. Когато са концентрирани, те могат да бъдат много разяждащи. Някои често срещани киселини включват портокалов сок, оцет, лимони и сярна киселина.
Примери за алкални вещества
Алкалните разтвори имат по-малко водородни йони, отколкото неутрални или кисели разтвори или киселини. Базите са склонни да се чувстват хлъзгави и обикновено имат горчив вкус. Подобно на киселините, силните алкали могат да изгорят кожата ви. Някои често срещани основи включват амоняк, луга, сода за хляб, сапунена вода, белина и магнезиево мляко.
Смесване на киселина и алкали
Ако смесите равни количества силна киселина и силна основа, двете химикали по същество се отменят, а резултатът е сол и вода. Смесването на едни и същи количества силна киселина и силна алкала също произвежда разтвор на неутрално pH. Това е известно като реакция на неутрализация и изглежда така:
HA + BOH → BA + H2O + топлина
Например, реакцията между силната киселина НС1 (солна киселина) и силния алкален NaOH (натриев хидроксид) е:
HCl + NaOH → NaCl + H2O + топлина
Тази реакция произвежда натриев хлорид (трапезна сол). Ако в реакцията имаше повече киселина, отколкото алкална, не цялата киселина би реагирала, така че резултатът ще бъде сол, вода и остатъчна киселина, а разтворът пак ще бъде кисел (с рН по-ниско от 7). Ако обаче имате повече алкали, отколкото киселина, ще има остатъчни алкали и крайният разтвор пак ще бъде алкален (с рН по-голямо от 7).
Тъй като сместа се загрява по време на реакцията, неутрализацията е известна като екзотермична реакция. Неутрализацията се използва за много неща. Стопаните могат да използват вар (калциев оксид) за неутрализиране на кисели почви. Можете да използвате бакпулвер, който съдържа натриев хидроген карбонат, за да неутрализирате кисело пчелно ужилване.
Нещо подобно се случва, когато един или и двата реагента са слаби. Слаба киселина или алкал не се дисоциира напълно във вода, така че в края на реакцията може да има остатъчни реагенти, които да повлияят на рН. Освен това може да не се създаде вода, тъй като повечето слаби алкали не са хидроксиди, така че няма нито един ОН- необходими за приготвяне на вода.
Как да се измери pH
Можете да измерите нивото на pH на разтвор по различни начини. Най-простият метод включва ленти за тестване на pH, които са изработени от специална хартия, наречена лакмусова хартия. Това е филтърна хартия, която е обработена с багрила, направени от лишеи. Тази хартия променя цвета си, когато влезе в контакт с киселина или алкал. Когато се постави в кисел разтвор, синята лакмусова хартия става червена, а когато се постави в алкален разтвор, червената лакмусова хартия става синя. (Както бихте очаквали, когато синята лакмусова хартия е поставена в неутрален разтвор, тя остава синя, а когато червената лакмусова хартия се поставя в неутрален разтвор, остава червена.)
Някои ленти за тестване на pH съдържат индикаторни ленти, които всяка промяна на цвета в зависимост от разтвора, на който е изложена лентата. Когато покриете тестващата лента с разтвора си (в чист контейнер) за няколко секунди и след това я извадите, можете да сравните края на тест лентата с получената цветна диаграма с хартията, за да определите нивото на pH на разтворите.
Друг начин за измерване на pH изисква сонда и измервателен уред. Преди да използвате тези инструменти, трябва да калибрирате измервателния уред, като го изпробвате в вещество с известно pH ниво (например дестилирана вода с рН 7). След като направите всички необходими корекции на измервателния уред и изплакнете и изсушите сондата и измервателния уред, можете да извършите pH теста си върху течната проба в чист съд, достатъчно дълбок, за да покриете напълно върха на сондата. Проверете температурата на пробата с термометър и се уверете, че метърът съвпада с тази температура. Поставете сондата в пробата си и изчакайте измерването да стане постоянно (това означава, че измервателният апарат е достигнал равновесие), преди да запишете нивото на pH.