pH znamená potenciální vodík, přičemž „p“ znamená potenciál a „H“ znamená vodík. Stupnice pH je stupnice, která se používá k hodnocení relativní zásaditosti nebo kyselosti látek vůči jiným látkám na základě množství aktivity vodíkových iontů v látce.

Stupnice má logaritmický charakter, což znamená, že každá celá hodnota pH představuje desetinásobnou změnu předchozí hodnoty. Základem stupnice pH je hodnota pH 7, která je neutrální a představuje látky, které nejsou ani kyselinou, ani zásadou.

Základ pro stupnici pH

I když nejste důvěrně obeznámeni s pojmy kyseliny a zásady, určitě jste se s nimi někdy setkali. Základní látky jsou věci jako jedlá soda, zatímco kyselé látky jsou věci jako pomerančový džus a soda. Látky se klasifikují jako zásady nebo kyseliny na základě koncentrace vodíkových iontů, které látka obsahuje. H ve slově pH představuje úroveň aktivity vodíkových iontů v daném roztoku. Kyselé a zásadité roztoky je tedy možné definovat takto:

Kyselý roztok je roztok s úrovní vodíkových iontů vyšší, než je množství, které se nachází v čisté vodě (která je na neutrální sedmičce). Naproti tomu zásaditý roztok má koncentraci vodíkových iontů nižší než voda.

Protože čistá voda funguje na stupnici pH jako neutrální bod, podívejme se na vlastnosti vody a dejme je do souvislosti s vodíkovými ionty. Ionizace vody se týká toho, jak určité malé procento molekul vody v daném množství vody samovolně vytvoří vodíkové ionty, když disociují neboli se rozdělí na menší částice. To se někdy označuje jako autoionizace. Při procesu autoionizace vzniká stejný počet hydroxidových (OH-) a vodíkových (H+) iontů. Všimněte si, že vodíkové ionty se obvykle vážou přímo s blízkou molekulou vody za vzniku hydronia (H3O+). To znamená, že ve vodě ve skutečnosti neplave spousta vodíkových iontů. Vědci však stále používají ionizaci vody a vodíkové ionty, které při ní vznikají, jako způsob, jak vytvořit stupnici, která umožňuje porovnávat vodík na hladinách v jiných roztocích. Hydroxidové ionty se v roztoku obvykle jen vznášejí, na rozdíl od vodíkových iontů.

Pokud jde o množství vodíkových iontů vzniklých autoionizací, je toto množství rovno 1 x 10^-7 M (za předpokladu, že jde o čistou vodu). Zápis se týká molů na litr vody. Počet ionizovaných molekul vody je neuvěřitelně malé procento z celkového počtu molekul vody, které se nacházejí v jakémkoli množství čisté vody.

Kyselé a zásadité roztoky

Teď, když jsme si stanovili referenční bod pro zásaditost a kyselost roztoků, můžeme diskutovat o tom, jak jsou kyseliny a zásady definovány. Kyselé roztoky jsou takové roztoky, které mají větší koncentraci H+ než čistá voda, zatímco zásadité roztoky jsou takové, které mají koncentraci H+ nižší než čistá voda. Jinak řečeno:

Báze = koncentrace H+ < 1 x 10^-7 M

Kyselina = koncentrace H+ > 1 x 10^-7 M

Koncentrace vodíkových iontů v roztoku se obvykle udává v hodnotě pH, která se vypočítá jako převrácený logaritmus koncentrace vodíkových iontů pro daný roztok.

pH = -log10

Při dosazení koncentrace vodíkových iontů ve vodě do tohoto vzorce bychom tedy dostali hodnotu 7,0 neboli neutrální pH na stupnici pH. Jak možná tušíte, látky tvořené převážně vodou, jako je cytosol nacházející se v buňkách nebo krev v lidském těle, mají hodnoty pH velmi blízké neutrální sedmičce. Do roztoku na bázi vody lze přidávat kyseliny a zásady, čímž se koncentrace tohoto roztoku vzdaluje od neutrálního bodu pH. Zásady obvykle zvyšují hodnotu pH vnášením hydroxidu do prostředí, který shromažďuje vodíkové ionty a vytahuje je z roztoku. Zatímco kyselé látky jsou takové, které zvyšují koncentraci vodíkových iontů tím, že disociují a zavádějí do roztoku jeden ze svých atomů vodíku.

Čím je kyselina silnější, tím rychleji se rozkládá a uvolňuje H+. Příkladem silné kyseliny je HCl, která po spojení s vodou rychle a úplně disociuje na ionty chloridu a vodíku. Naproti tomu slabé kyseliny, jako je ocet, nedisociují úplně. Látka se silnou zásadou uvolňuje hydroxidové ionty schopné ve vodě pohlcovat H+ a zcela se rozkládá podobně jako látka se silnou kyselinou. Příkladem silné zásady je hydroxid sodný.

Stupnice pH

Jak již bylo zmíněno, stupnice pH pomáhá řadit různá chemická složení z hlediska jejich zásaditosti (nazývané také alkalita) a kyselosti. Je logaritmického charakteru, což znamená, že při každém zvýšení o jednu jednotku pH, ke kterému dojde, dojde k desetinásobnému zvýšení koncentrace H+. I když existují látky, které mohou spadat mimo rozsah pH 0 až 14, většina roztoků spadá do tohoto rozsahu, a proto se stupnice pH obvykle znázorňuje jako rozsah od 0 do 14, přičemž zásadité látky jsou všechny hodnoty nad sedm a kyselé látky všechny hodnoty pod neutrální hodnotou 7.

Látky, které leží na opačných koncích stupnice pH, buď extrémně zásadité, nebo extrémně kyselé látky, mohou být pro organický materiál docela škodlivé a způsobit značné poškození buněk. Jak vysoce zásadité, tak vysoce kyselé látky mohou mít leptavý charakter a poškozovat lidské tkáně. Hodnota pH roztoku, stejně jako množství roztoku, kterému je člověk vystaven, a doba, po kterou je mu vystaven, jsou faktory, které určují, jak velké škody látka způsobí. Možná jste si všimli, že žaludeční kyselina, vaše žaludeční kyselina, je vysoce kyselá látka. Jak se vaše tělo před touto kyselinou chrání? Existují určité žaludeční buňky vytvořené speciálně proto, aby fungovaly jako bariéra mezi žaludeční kyselinou a ostatními buňkami v těle, které jsou neustále vytvářeny a obětovány.

Příklady

Několik příkladů běžných roztoků a hodnot pH, které mají:

1. Mléko – mírně kyselé s hodnotou pH přibližně 6,5.
2. Déšť – mírně kyselý s hodnotou pH přibližně 5,5.
3. Káva – mírně kyselá s hodnotou pH přibližně 4.8.
4. Džus z rajčat – mírně kyselý s hodnotou pH přibližně 3,0
5. Kyselina z baterie – silně kyselý s hodnotou pH přibližně 1,0.
6. Krev – mírně zásaditá s hodnotou ph přibližně 7,3
7. Mořská voda – mírně zásaditá s hodnotou pH přibližně 8.0.
8. Soda – mírně zásaditá s ph přibližně 8.0.
9. Mléko hořečnaté – mírně zásadité s ph přibližně 10,6
10. Louh – silně zásaditý s ph přibližně 13,5

.