pH înseamnă potențial de hidrogen, „p” însemnând potențial, iar „H” reprezentând hidrogen. Scala pH este o scală care este folosită pentru a clasifica bazicitatea sau aciditatea relativă a substanțelor față de alte substanțe, pe baza cantității de activitate a ionilor de hidrogen dintr-o substanță.
Scala este de natură logaritmică, ceea ce înseamnă că fiecare valoare întreagă a pH-ului reprezintă o schimbare de 10 ori mai mare decât valoarea anterioară. Scara pH-ului se bazează în jurul valorii de pH 7, care este neutru și reprezintă substanțele care nu sunt nici un acid, nici o bază.
Bazele scalei pH-ului
Chiar dacă nu sunteți intim familiarizați cu conceptele de acizi și baze, cu siguranță aveți o anumită expunere la ele. Substanțele bazice sunt lucruri precum bicarbonatul de sodiu, în timp ce substanțele acide sunt lucruri precum sucul de portocale și sifonul. Substanțele sunt clasificate ca fiind baze sau acizi în funcție de concentrația de ioni de hidrogen pe care o are substanța. H din pH reprezintă nivelul de activitate a ionilor de hidrogen într-o anumită soluție. Așadar, este posibil să definim soluțiile acide și bazice astfel:
O soluție acidă este o soluție cu niveluri de ioni de hidrogen mai mari decât cantitatea găsită în apa pură (care se află la șapte neutru). O soluție bazică, în schimb, are o concentrație de ioni de hidrogen mai mică decât cea a apei.
Din moment ce apa pură funcționează ca punct neutru pe scara pH-ului, haideți să analizăm proprietățile apei și să le plasăm în contextul ionilor de hidrogen. Ionizarea apei se referă la modul în care un mic procent din moleculele de apă dintr-o anumită cantitate de apă vor genera în mod spontan ioni de hidrogen pe măsură ce se disociază sau se împart în particule mai mici. Acest lucru este denumit uneori autoionizare. Procesul de autoionizare produce un număr egal de ioni de hidroxid (OH-) și ioni de hidrogen (H+). Rețineți că ionii de hidrogen se vor lega de obicei direct cu o moleculă de apă din apropiere pentru a forma hidroniu (H3O+). Acest lucru înseamnă că nu există de fapt o mulțime de ioni de hidrogen care plutesc în apă. Cu toate acestea, oamenii de știință încă folosesc ionizarea apei și ionii de hidrogen pe care îi produc ca o modalitate de a crea o scală care permite compararea hidrogenului pe niveluri în alte soluții. De obicei, ionii de hidroxid plutesc pur și simplu în interiorul soluției, spre deosebire de ionii de hidrogen.
În ceea ce privește numărul de ioni de hidrogen produși prin autoionizare, cantitatea este egală cu 1 x 10^-7 M (presupunând că este vorba de apă pură). Notația se referă la moli pe litru de apă. Numărul de molecule de apă ionizată este un procent incredibil de mic din numărul total de molecule de apă care se găsesc în orice cantitate de apă pură.
Soluții acide și soluții bazice
Acum că am stabilit un punct de referință pentru bazicitatea și aciditatea soluțiilor, putem discuta despre modul în care sunt definiți acizii și bazele. Soluțiile acide sunt acele soluții care au o concentrație de H+ mai mare decât cea a apei pure, în timp ce soluțiile bazice sunt cele care au o concentrație de H+ mai mică decât cea a apei pure. Altfel spus:
Bază = concentrația de H+ < 1 x 10^-7 M
Acid = concentrația de H+ > 1 x 10^-7 M
Concentrația de ioni de hidrogen dintr-o soluție este de obicei dată în termeni de pH, care se calculează ca log invers al concentrației de ioni de hidrogen pentru acea soluție dată.
pH = -log10
Atunci, punând concentrația de ioni de hidrogen din apă în această formulă, veți obține o valoare de 7,0, sau pH-ul neutru pe scara pH-ului. După cum probabil ați putut ghici, substanțele alcătuite în principal din apă, cum ar fi citosolul găsit în celule sau sângele din corpul uman, au valori ale pH-ului foarte apropiate de șapte neutru. Acizii și bazele pot fi adăugate la o soluție pe bază de apă, îndepărtând concentrația soluției respective de punctul neutru al pH-ului. Bazele cresc de obicei nivelul pH-ului prin introducerea hidroxidului în mediul înconjurător, care colectează ionii de hidrogen și îi extrage din soluție. Între timp, substanțele acide sunt cele care cresc concentrația ionilor de hidrogen prin disocierea și introducerea unuia dintre atomii săi de hidrogen în soluție.
Cu cât acidul este mai puternic, cu atât mai repede se va degrada și va elibera H+. Un exemplu de acid puternic este HCl, care, atunci când este combinat cu apa, se disociază rapid și complet în ioni de clorură și hidrogen. În schimb, acizii slabi, cum ar fi oțetul, nu se disociază complet. O substanță bazică puternică eliberează ioni de hidroxid capabili să absoarbă H+ atunci când se află în apă, degradându-se complet la fel cum o va face o substanță acidă puternică. Un exemplu de bază puternică este hidroxidul de sodiu.
Scala pH-ului
După cum s-a menționat anterior, scara pH-ului ajută la clasificarea diferitelor compoziții chimice în funcție de bazicitatea (numită și alcalinitate) și aciditatea lor. Este de natură logaritmică înseamnă că, pentru fiecare creștere de o unitate de pH care are loc, există o creștere de zece ori a concentrațiilor de H+. Deși există unele substanțe care se pot situa în afara intervalului de pH de la 0 la 14, majoritatea soluțiilor se încadrează în acest interval și, prin urmare, scara pH-ului este reprezentată de obicei ca fiind cuprinsă între 0 și 14, substanțele bazice fiind orice valoare peste șapte, iar cele acide orice valoare sub 7 neutru.
Substanțele care se află la extremitățile scării pH-ului, fie că sunt extrem de bazice, fie că sunt extrem de acide, pot fi destul de dăunătoare pentru materialul organic, provocând daune substanțiale celulelor. Atât substanțele extrem de bazice, cât și cele extrem de acide pot fi de natură corozivă, deteriorând țesuturile oamenilor. pH-ul soluției, precum și cantitatea de soluție la care o persoană este expusă și durata de timp în care este expusă la aceasta, sunt toți factori care determină cât de mult va dăuna substanța respectivă. Este posibil să fi observat că acidul gastric, acidul din stomac, este o substanță foarte acidă. Cum se protejează organismul dumneavoastră de acest acid? Există anumite celule gastrice create special pentru a acționa ca o barieră între acidul gastric și celelalte celule din organism, care sunt create și sacrificate în mod constant.
Exemple
Câteva exemple de soluții comune și valorile de pH pe care le posedă sunt:
- Lapte – ușor acid, cu o valoare a pH-ului de aproximativ 6,5.
- Râul – ușor acid, cu o valoare a pH-ului de aproximativ 5,5.
- Cafea – ușor acidă, cu o valoare a pH-ului de aproximativ 4.8.
- Suc de tomate – ușor acidă cu un pH de aproximativ3.0
- Acidul din baterie – foarte acid cu o valoare a pH-ului de aproximativ 1.0.
- Sângele – ușor bazic cu un ph de aproximativ 7.3
- Apa de mare – ușor bazic cu un ph de aproximativ 8.0.
- Carbonat de sodiu – ușor bazic cu un ph de aproximativ 8.0.
- Lapte de magnezie – moderat bazic cu un ph de aproximativ 10.6
- Leșie – foarte bazic cu un ph de aproximativ 13.5
.