A pH a potenciális hidrogént jelenti, a “p” a potenciált, a “H” pedig a hidrogént. A pH-skála egy olyan skála, amelyet az anyagok más anyagokhoz viszonyított lúgosságának vagy savasságának rangsorolására használnak az anyagban lévő hidrogénion-aktivitás mennyisége alapján.
A skála logaritmikus jellegű, ami azt jelenti, hogy minden egész pH-érték az előző érték 10-szeresének megfelelő változást jelent. A pH-skála alapja a pH 7, amely semlegesnek számít, és olyan anyagokat jelöl, amelyek nem savak és nem bázisok.
A pH-skála alapja
Még ha nem is ismeri alaposan a savak és bázisok fogalmát, biztosan találkozott már velük. A bázisos anyagok olyan dolgok, mint a szódabikarbóna, míg a savas anyagok olyanok, mint a narancslé és a szóda. Az anyagokat az anyag hidrogénion-koncentrációja alapján bázisnak vagy savnak minősítik. A H a pH-ban a hidrogénion-aktivitás szintjét jelenti egy adott oldatban. A savas és bázikus oldatokat tehát így lehet meghatározni:
A savas oldat olyan oldat, amelyben a hidrogénionok szintje nagyobb, mint a tiszta vízben található mennyiség (ami a semleges hetes értéken van). Ezzel szemben a bázikus oldat hidrogénion-koncentrációja alacsonyabb, mint a vízé.
Mivel a tiszta víz a pH-skála semleges pontjaként funkcionál, nézzük meg a víz tulajdonságait, és helyezzük a hidrogénionok összefüggésébe. A víz ionizációja arra utal, hogy egy adott vízmennyiségben a vízmolekulák bizonyos kis százaléka spontán hidrogénionokat hoz létre, amikor disszociálnak, vagyis kisebb részecskékre hasadnak. Ezt néha autoionizációnak is nevezik. Az autoionizációs folyamat során egyenlő számú hidroxid (OH-) ion és hidrogén (H+) ion keletkezik. Megjegyzendő, hogy a hidrogénionok általában közvetlenül egy közeli vízmolekulához kötődnek, hidróniumot (H3O+) képezve. Ez azt jelenti, hogy valójában nem egy csomó hidrogénion lebeg a vízben. A tudósok azonban még mindig használják a víz ionizációját és a keletkező hidrogénionokat egy olyan skála létrehozására, amely lehetővé teszi a hidrogén szintjének összehasonlítását más oldatokban. A hidroxidionok jellemzően csak lebegnek az oldatban, ellentétben a hidrogénionokkal.
Az autoionizáció során keletkező hidrogénionok számát tekintve a mennyiség 1 x 10^-7 M-nek felel meg (feltételezve, hogy tiszta vízről van szó). A jelölés a víz literenkénti moljára vonatkozik. Az ionizált vízmolekulák száma hihetetlenül kis százaléka a tiszta víz bármely mennyiségében található vízmolekulák teljes számának.
Savas oldatok és bázisos oldatok
Most, hogy meghatároztuk az oldatok bázikus és savas voltának viszonyítási pontját, megvitathatjuk a savak és bázisok meghatározását. Savas oldatok azok az oldatok, amelyek H+ koncentrációja nagyobb, mint a tiszta vízé, míg bázikus oldatok azok, amelyek H+ koncentrációja kisebb, mint a tiszta vízé. Másképpen fogalmazva:
Bázis = H+ koncentráció < 1 x 10^-7 M
Sav = H+ koncentráció > 1 x 10^-7 M
A hidrogénionok koncentrációját egy oldatban általában pH-ban adják meg, amit az adott oldat hidrogénion-koncentrációjának fordított logaritmusaként számítanak ki.
pH = -log10
A víz hidrogénion-koncentrációját ebbe a képletbe beírva tehát 7,0 értéket kapnánk, vagyis a pH-skálán a semleges pH értékét. Amint azt már sejtheted, a főként vízből álló anyagok, mint például a sejtekben található citoszol vagy az emberi testben lévő vér, pH-értékei nagyon közel vannak a semleges hetes értékhez. Egy vízalapú oldathoz savakat és bázisokat lehet hozzáadni, így az oldat koncentrációja eltolódik a semleges pH-ponttól. A bázisok általában úgy emelik a pH-értéket, hogy hidroxidot juttatnak a környezetbe, amely összegyűjti a hidrogénionokat, és kihúzza őket az oldatból. Eközben a savas anyagok azok, amelyek a hidrogénion-koncentrációt úgy növelik, hogy disszociálnak és az egyik hidrogénatomjukat bevezetik az oldatba.
Minél erősebb a sav, annál gyorsabban bomlik le és szabadítja fel a H+ -ot. Erős savra példa a HCl, amely vízzel egyesülve gyorsan és teljesen klorid- és hidrogénionokra disszociál. Ezzel szemben a gyenge savak, mint például az ecet, nem disszociálnak teljesen. Egy erős bázisú anyag vízzel érintkezve hidroxidionokat szabadít fel, amelyek képesek elnyelni a H+ -ot, és teljesen lebomlanak, hasonlóan az erős savas anyaghoz. Erős bázisra példa a nátrium-hidroxid.
A pH-skála erőssége
Amint korábban említettük, a pH-skála segít a különböző kémiai összetételek bázikus (más néven lúgosság) és savas kémhatásuk szerinti besorolásában. Logaritmikus jellege azt jelenti, hogy minden egyes bekövetkező egy pH-egységnyi emelkedés esetén a H+ koncentráció tízszeresére nő. Bár vannak olyan anyagok, amelyek kívül eshetnek a 0 és 14 közötti pH-tartományon, a legtöbb oldat ebbe a tartományba esik, ezért a pH-skálát általában 0-tól 14-ig terjedő skálaként ábrázolják, ahol a bázikus anyagok minden hét feletti értéket, a savas anyagok pedig minden semleges 7 alatti értéket jelentenek.
A pH-skála szélsőséges végein elhelyezkedő anyagok, akár a rendkívül bázikus, akár a rendkívül savas anyagok igen károsak lehetnek a szerves anyagokra, jelentős kárt okozva a sejtekben. Mind az erősen bázikus, mind az erősen savas anyagok maró hatásúak lehetnek, károsítva az emberek szöveteit. Az oldat pH-ja, valamint az oldat mennyisége, amelynek valaki ki van téve, és az, hogy mennyi ideig van kitéve, mind olyan tényezők, amelyek meghatározzák, hogy az anyag mekkora kárt okoz. Talán már észrevette, hogy a gyomorsav, az Ön gyomorsava erősen savas anyag. Hogyan védekezik a szervezeted ezzel a savval szemben? Vannak bizonyos gyomorsejtek, amelyeket kifejezetten azért hoztak létre, hogy gátként működjenek a gyomorsav és a szervezet többi sejtje között, amelyek folyamatosan keletkeznek és feláldozódnak.
Példák
Néhány példa a leggyakoribb oldatokra és az általuk birtokolt pH-értékekre:
- Tej – enyhén savas, pH-értéke körülbelül 6,5.
- Eső – enyhén savas, pH-értéke körülbelül 5,5.
- Kávé – enyhén savas, pH-értéke körülbelül 4.8.
- Tomatalé – enyhén savas, kb. 3,0 pH-értékkel
- Bor – erősen savas, kb. 1,0 pH-értékkel.
- Vér – enyhén bázikus, kb. 7,3 pH-értékkel
- Tengervíz – enyhén bázikus, kb. 8 pH-értékkel.0.
- Szódabikarbóna – enyhén bázikus, kb. 8,0 pH-értékkel
- Magnézia tej – mérsékelten bázikus, kb. 10,6 pH-értékkel
- Lúg – erősen bázikus, kb. 13,5 pH-értékkel
.