Sisältö
- PH-asteikon määritelmä
- PH-asteikon tarkoitus
- Esimerkkejä happamista aineista
- Esimerkkejä alkalisista aineista
- Hapon ja alkalin sekoittaminen
- Kuinka mitata pH
Saatat tietää, että puhtaan veden pH-arvo on 7, etikan pH on noin 3 ja natriumhydroksidin pH on noin 13, mutta mitä nämä luvut oikeasti tarkoittavat? Ne kertovat, kuinka hapan tai emäksinen vesipitoinen (vesipohjainen) vesiliuos on asteikolla 0 - 14. Tätä asteikkoa kutsutaan pH-asteikkoksi, jossa pH on lyhenne sanalle "vedyn teho".
PH-asteikon määritelmä
Upotettaessa happoja ja emäksiä liuokseen, ne vapauttavat vapaita ioneja. Vesipohjaisessa liuoksessa happo vapauttaa positiivista vetyä (H+) ioneja, kun taas alkali vapauttaa negatiivista hydroksidia (OH-) yhdet. Tämä tarkoittaa, että kun happo liuotetaan veteen, vetyionien ja hydroksidi-ionien välinen tasapaino muuttuu, jolloin liuoksessa on enemmän vetyioneja kuin hydroksidi-ioneja (hapan liuos). Tasapaino muuttuu myös, kun alkali liuotetaan veteen, mutta päinvastoin. Tässä tapauksessa liuos johtaa enemmän hydroksidi-ioneihin kuin vetyioneihin (alkalinen liuos).
PH-asteikolla mitataan hapon tai emäksen voimakkuus. Jos se on asteikon keskipiste, sitä pidetään neutraalina - vetyionien konsentraatio on yhtä suuri kuin hydroksidi-ionien konsentraatio.
PH: n määritelmä on vetyionipitoisuuden negatiivinen log. Tanskalainen biokemisti Søren Peter Lauritz Sørensen oli vastuussa tästä termiä, jonka hän loi vuonna 1909 lyhenteenä "vedyn voimalle". "P" tarkoittaa saksalaista sanaa voima (potenz) ja H on vetyelementin symboli.
Sørensen keksi seuraavan yhtälön pH: n laskemiseksi:
pH = -logi
Log on base-10-logaritmi, ja se tarkoittaa vetyionipitoisuutta yksikköinä moolia litrassa liuosta.
PH-asteikon tarkoitus
PH-asteikko on välillä 0 - 14, 7: n ollessa neutraali pH: n, mikä tahansa alle 7: n ollessa hapan ja mikä tahansa yli 7: n ollessa alkalinen (joskus kutsutaan emäksiseksi). PH-asteikko on logaritminen, eli jokainen alle 7-arvoinen kokonaisarvo on 10 kertaa happamampi kuin korkein arvo ja jokainen yli 7-arvoinen kokonaisarvo on 10 kertaa vähemmän happama kuin alempi arvo. Esimerkiksi, pH 2 on 10 kertaa happamampi kuin pH 3 ja 100 kertaa happampi kuin pH 4. Toisin sanoen, mitä vahvempi happo, sitä alhaisempi pH-arvo on ja mitä vahvempi alkali, korkeampi pH-luku.
Pienillä pH: n muutoksilla voi olla suuria vaikutuksia. Esimerkiksi hapan sade, jonka pH on yleensä 4,2-4,4, on yli 10 kertaa happamampi kuin puhdas sade, jonka pH on yleensä 5,6.
Aineella, jonka pH on 1 - 2, katsotaan olevan vahvaa happoa, kun taas ainetta, jonka pH on 13 - 14, pidetään vahvana alkalina. Jos happo on erittäin vahva, sen pH voi olla negatiivinen, kun taas erittäin voimakkaiden emästen pH voi olla korkeampi kuin 14. Aine, joka ei ole hapan tai emäksinen, kuten puhdas vesi, on neutraali. Ihmisen veressä on hiukan korkeampi kuin neutraali pH, noin 7,4.
Vain vesiliuoksilla on pH-tasot, mikä tarkoittaa, että kemikaaleilla, mukaan lukien jotkut nesteet, ei ole pH-arvoja. Esimerkiksi puhtaalla alkoholilla, kasviöljyllä ja bensiinillä ei ole pH-tasoa.
Esimerkkejä happamista aineista
Happamissa liuoksissa on enemmän vetyioneja kuin emäksisiä tai neutraaleja liuoksia. Hapoilla on myös hapan maku ja ne reagoivat erittäin voimakkaasti metalleihin. Tiivistettyinä ne voivat olla erittäin syövyttäviä. Joitakin yleisiä happoja ovat appelsiinimehu, etikka, sitruunat ja rikkihappo.
Esimerkkejä alkalisista aineista
Emäksisissä liuoksissa on vähemmän vetyioneja kuin neutraaleissa tai happamissa liuoksissa tai hapoissa. Emäksillä on taipumus tuntua liukkaalta, ja niillä on yleensä katkera maku. Happojen tapaan vahvat emäkset voivat polttaa ihoasi. Joitakin yleisiä emäksiä ovat ammoniakki, lipeä, ruokasooda, saippuavesi, valkaisuaine ja magneesian maito.
Hapon ja alkalin sekoittaminen
Jos sekoitat yhtä suuret määrät vahvaa happoa ja vahvaa alkalia, nämä kaksi kemikaalia poistavat käytännössä toisiaan, ja tuloksena on suola ja vesi. Sekoittamalla samat määrät vahvaa happoa ja vahvaa emästä saadaan myös neutraali pH-liuos. Tätä kutsutaan neutralointireaktioksi ja se näyttää tältä:
HA + BOH → BA + H2O + lämpö
Esimerkiksi vahvan hapon HCl (suolahappo) ja vahvan alkalisen NaOH: n (natriumhydroksidi) välinen reaktio on:
HCl + NaOH → NaCl + H2O + lämpö
Tämä reaktio tuottaa natriumkloridia (ruokasuola). Jos reaktiossa olisi enemmän happea kuin alkalia, kaikki hapot eivät reagoisi, joten tuloksena olisi suola, vesi ja jäljelle jäävä happo, ja liuos olisi silti hapan (pH: n ollessa alle 7). Kuitenkin, jos sinulla olisi enemmän alkalia kuin happoa, olisi jäljelle jääviä alkalia, ja lopullinen liuos olisi silti emäksinen (pH: n ollessa yli 7).
Koska seos lämpenee reaktion aikana, neutralointi tunnetaan eksotermisenä reaktiona. Neutralointia käytetään moniin asioihin. Viljelijät voivat käyttää kalkkia (kalsiumoksidia) happamien maalajien neutraloimiseksi. Voit käyttää happaman mehiläispistoksen neutraloimiseksi leivinjauhetta, joka sisältää natriumvetykarbonaattia.
Jotain vastaavaa tapahtuu, kun yksi tai molemmat reagensseista ovat heikkoja. Heikko happo tai emäs ei hajota täysin veteen, joten reaktion lopussa voi olla jäljellä olevia reagensseja, jotka vaikuttavat pH: hon. Vettä ei myöskään voi muodostua, koska useimmat heikot alkalit eivät ole hydroksidit, joten OH: ta ei ole- tarpeen tehdä vettä.
Kuinka mitata pH
Voit mitata liuoksen pH-tasoa eri tavoin. Yksinkertaisin menetelmä on pH-testiliuskat, jotka on valmistettu erikoispaperista, nimeltään lakmuspaperi. Tämä on suodatinpaperi, joka on käsitelty jäkälistä valmistetuilla väriaineilla. Tämä paperi muuttaa väriä, kun se joutuu kosketuksiin hapon tai emäksen kanssa. Kun se asetetaan happamaan liuokseen, sininen lakmuspaperi muuttuu punaiseksi ja kun se asetetaan alkaliseen liuokseen, punainen lakmuspaperi muuttuu siniseksi. (Kuten luulisi, kun sininen lakmuspaperi asetetaan neutraaliin liuokseen, se pysyy sinisenä ja kun punainen lakmuspaperi asetetaan neutraaliin liuokseen, se pysyy punaisena.)
Jotkut pH-testiliuskat sisältävät ilmaisintangot, jotka muuttuvat värin mukaan liuoksesta, jolle nauhat altistetaan. Kun peität testiliuskan liuoksellasi (puhtaassa astiassa) muutaman sekunnin ja poistat sen sitten, voit vertailla testiliuskan päätä paperin kanssa vastaanottamasi värikartan kanssa liuoksen pH-arvon määrittämiseksi.
Toinen tapa mitata pH vaatii anturin ja mittarin. Ennen kuin käytät näitä työkaluja, sinun on kalibroitava mittari testaamalla sitä aineessa, jonka pH on tunnettu (kuten tislattu vesi, jonka pH on 7). Kun olet tehnyt mittariin tarvittavat säädöt ja huuhtellut ja kuivatut anturin ja mittarin, voit suorittaa pH-testisi nestemäiselle näytteellesi puhtaassa astiassa, joka on riittävän syvä peittääksesi anturin kärjen kokonaan. Tarkista näytteen lämpötila lämpömittarilla ja varmista, että mittari vastaa tätä lämpötilaa. Aseta anturi näytteeseen ja odota, että mittaus muuttuu vakiona (tämä tarkoittaa, että mittari on saavuttanut tasapainon) ennen pH-arvon kirjaamista.