pH oznacza potencjalny wodór, przy czym „p” oznacza potencjał, a „H” oznacza wodór. Skala pH jest skalą, która służy do określania względnej zasadowości lub kwasowości substancji w stosunku do innych substancji, w oparciu o ilość aktywności jonów wodorowych w substancji.

Skala jest logarytmiczna, co oznacza, że każda całkowita wartość pH reprezentuje zmianę 10 razy większą od poprzedniej wartości. Skala pH jest oparta na pH 7, które jest neutralne i reprezentuje substancje, które nie są ani kwasem, ani zasadą.

Podstawa skali pH

Nawet jeśli nie jesteś dokładnie zaznajomiony z pojęciami kwasów i zasad, na pewno masz z nimi styczność. Substancje podstawowe to rzeczy takie jak soda oczyszczona, podczas gdy substancje kwaśne to rzeczy takie jak sok pomarańczowy i soda. Substancje klasyfikuje się jako zasady lub kwasy na podstawie stężenia jonów wodorowych, jakie posiada dana substancja. H w pH oznacza poziom aktywności jonów wodorowych w danym roztworze. Więc to jest możliwe, aby zdefiniować kwaśne i zasadowe rozwiązania w ten sposób:

Kwaśny roztwór jest roztwór z poziomem jonów wodorowych większe niż ilość znalezionych w czystej wodzie (który jest na neutralny siedem). Z kolei roztwór zasadowy ma stężenie jonów wodorowych niższe niż woda.

Ponieważ czysta woda funkcjonuje jako punkt neutralny w skali pH, przyjrzyjmy się właściwościom wody i umieśćmy je w kontekście jonów wodorowych. Jonizacja wody odnosi się do tego, jak pewien niewielki procent cząsteczek wody w danej ilości wody będzie spontanicznie generować jony wodorowe, gdy dysocjują lub dzielą się na mniejsze cząsteczki. Jest to czasami określane jako autojonizacja. W procesie autojonizacji powstaje równa liczba jonów wodorotlenkowych (OH-) i jonów wodorowych (H+). Należy pamiętać, że jony wodorowe zazwyczaj łączą się bezpośrednio z pobliską cząsteczką wody, tworząc hydronium (H3O+). Oznacza to, że w wodzie nie ma tak naprawdę mnóstwa jonów wodorowych unoszących się w powietrzu. Jednak naukowcy nadal wykorzystują jonizację wody i wytwarzane przez nią jony wodorowe jako sposób na stworzenie skali, która pozwala na porównanie poziomu wodoru w innych roztworach. Jony wodorotlenkowe zazwyczaj po prostu unoszą się w roztworze, w przeciwieństwie do jonów wodorowych.

Jeśli chodzi o liczbę jonów wodorowych wytwarzanych w procesie autojonizacji, ilość ta jest równa 1 x 10^-7 M (zakładając, że jest to czysta woda). Zapis odnosi się do moli na litr wody. Liczba zjonizowanych cząsteczek wody stanowi niewiarygodnie mały procent całkowitej liczby cząsteczek wody znajdujących się w jakiejkolwiek ilości czystej wody.

Acid Solutions And Basic Solutions

Teraz, gdy ustaliliśmy punkt odniesienia dla zasadowości i kwasowości roztworów, możemy omówić, jak definiuje się kwasy i zasady. Roztwory kwaśne to takie roztwory, które mają większe stężenie H+ niż czysta woda, podczas gdy roztwory zasadowe to takie, które mają stężenie H+ mniejsze niż czysta woda. Innymi słowy:

Zasada = stężenie H+ < 1 x 10^-7 M

Kwas = stężenie H+ > 1 x 10^-7 M

Stężenie jonów wodorowych w roztworze jest zwykle podawane w kategoriach pH, które jest obliczane jako odwrotność logarytmu stężenia jonów wodorowych dla danego roztworu.

pH = -log10

Więc podstawiając do tego wzoru stężenie jonów wodorowych w wodzie otrzymamy wartość 7,0, czyli neutralne pH w skali pH. Jak można się domyślić, substancje składające się głównie z wody, takie jak cytozol znajdujący się w komórkach lub krew w ludzkim ciele, mają wartości pH bardzo zbliżone do neutralnej siódemki. Kwasy i zasady mogą być dodawane do roztworu wodnego, co powoduje zmianę stężenia roztworu w stosunku do neutralnego punktu pH. Zasady zazwyczaj podnoszą poziom pH poprzez wprowadzenie do środowiska wodorotlenku, który zbiera jony wodorowe i wyciąga je z roztworu. Tymczasem substancje kwaśne to takie, które zwiększają stężenie jonów wodorowych poprzez dysocjację i wprowadzenie do roztworu jednego ze swoich atomów wodoru.

Im mocniejszy kwas, tym szybciej ulegnie rozkładowi i uwolni H+. Przykładem mocnego kwasu jest HCl, który po połączeniu z wodą szybko i całkowicie dysocjuje na jony chlorkowe i wodorowe. Natomiast słabe kwasy, takie jak ocet, nie dysocjują całkowicie. Substancja o silnej zasadzie uwalnia jony wodorotlenkowe zdolne do absorbowania H+ w wodzie, ulegając całkowitej degradacji, podobnie jak substancja o silnym kwasie. Przykładem silnej zasady jest wodorotlenek sodu.

Siła skali pH

Jak wcześniej wspomniano, skala pH pomaga uszeregować różne składy chemiczne pod względem ich zasadowości (zwanej również zasadowością) i kwasowości. Jej logarytmiczny charakter oznacza, że na każdy wzrost o jedną jednostkę pH, który występuje, przypada dziesięciokrotny wzrost stężenia H+. Chociaż istnieją pewne substancje, które mogą znajdować się poza zakresem pH od 0 do 14, większość roztworów mieści się w tym zakresie, dlatego skala pH jest zwykle przedstawiana jako biegnąca od 0 do 14, przy czym substancje zasadowe to każda wartość powyżej 7, a substancje kwasowe każda wartość poniżej obojętnego 7.

Substancje, które leżą na odległych krańcach skali pH, albo skrajnie zasadowe lub skrajnie kwasowe, mogą być dość szkodliwe dla materiału organicznego, wyrządzając znaczne szkody komórkom. Zarówno substancje silnie zasadowe, jak i silnie kwasowe mogą mieć charakter żrący, uszkadzając ludzkie tkanki. pH roztworu, jak również ilość roztworu, na który dana osoba jest narażona i czas, przez jaki jest narażona, to czynniki, które decydują o tym, jak duże szkody wyrządzi dana substancja. Być może zauważyłeś, że kwas żołądkowy jest substancją silnie kwaśną. Jak Twój organizm chroni się przed tym kwasem? Istnieją pewne komórki żołądka stworzone specjalnie, aby działać jako bariera pomiędzy kwasem żołądkowym a innymi komórkami w organizmie, które są ciągle tworzone i poświęcane.

Przykłady

Kilka przykładów powszechnych roztworów i wartości pH, jakie posiadają, to:

1. Mleko – lekko kwaśne o wartości pH około 6,5.
2. Deszcz – lekko kwaśne o wartości pH około 5,5.
3. Kawa – lekko kwaśna o wartości pH około 4.8.
4. Sok pomidorowy – lekko kwaśny o ph ok. 3.0
5. Kwas akumulatorowy – silnie kwaśny o ph ok. 1.0.
6. Krew – lekko zasadowy o ph ok. 7.3
7. Woda morska – lekko zasadowy o ph ok. 8.0.
8. Soda oczyszczona – lekko zasadowa o ph ok. 8.0.
9. Mleko magnezjowe – umiarkowanie zasadowe o ph ok. 10.6
10. Ług – silnie zasadowy o ph ok. 13.5

.