14.6 – pH skalaen

Personer der arbejder i fødevareindustrien, medicinindustrien, landbruget, sæbeindustrien, og med vinbrygning, måler [H₃O⁺] og [OH^–] i opløsninger. Selvom vi har udtrykt H₃O⁺ og OH^– i molære koncentrationer, er det mere praktisk, at beskrive surhedsgraden ved at anvende pH skalaen. På denne skala, repræsenterer et tal mellem 0 og 14, koncentrationen af H₃O⁺ for almindelige opløsninger. En neutral opløsning har en pH på 7,0 ved 25 ºC. En sur opløsning har en pH der er mindre end 7,0; en basisk opløsning har en pH der er større end 7,0 (se figur 14.5).

Når vi relaterer surhedsgrad og pH, bruger vi et omvendt proportionalitet, der betyder at hvis den ene værdi stiger, falder den anden værdi. Når der tilføres syre til rent vand, stiger [H₃O⁺] (surhedsgraden) i opløsningen, men pH bliver lavere. Når en base tilføres rent vand, bliver den mere basisk, hvilket betyder at surhedsgraden falder, men pH stiger.

I laboratoriet, er det almindeligt at bruge et pH-meter til at måle pH af en opløsning. Der er også forskellige slags indikatorer og pH-papirer, som får bestemte farver, når de placeres i opløsninger med forskellige pH værdier. Ph findes derefter ved at sammenligne farven på pH-papiret, eller farven på opløsningen, med et farvekort (se figur 14.6).

Konceptforståelse 14.6

Opløsningers pH Kig på pH værdien for følgende opløsninger: a. Placer pH værdierne på opløsningerne i listen, ordnet med den højeste surhedsgrad først ned til den laveste surhedsgrad. b. Hvilken opløsning har den højeste [H3O+]? c. Hvilken opløsning har den højeste [OH–]? Svar a. Den opløsning med den højeste surhedsgrad, er også den med den laveste pH, og den opløsning med den laveste surhedsgrad, er den med den højeste pH; tranebærjuice (2,9), pickles (3,5), sort kaffe (5,7), glasrens (7,6), køkkenrengøringsmiddel (10,9). b. Den opløsning med den højeste [H3O+], vil have den laveste pH, og det har tranebærjuicen. c. Den opløsning med den højeste [OH–], vil også have den højeste pH værdi, og det har køkkenrengøringsmidlet.

Beregning af pH i opløsninger

pH skalaen, er en logaritmisk skala der svarer til hydrogenionkoncentrationen i vandige opløsninger. Matematisk, er pH den negative logaritme (base 10) af [H₃O⁺].

Essentielt, konverteres den negative potens af 10 i de molære koncentrationer, til positive tal. For eksempel, en citronjuiceopløsning med [H₃O⁺] = 1,0 · 10^-2 M, har en pH på 2,00. Dette kan beregnes ved at anvende pH ligningen:

Antallet af decimaler i pH værdien, er det samme som antallet af signifikante cifre i [H₃O⁺]. Antallet til venstre for decimaltegnet i pH værdien, er den 10 potens i [H₃O⁺].

Fordi pH er en logaritmisk skala, en ændring på en pH enhed, svarer til en tifold ændring i [H₃O⁺]. Det er vigtigt at notere sig, at pH falder som [H₃O⁺] stiger. For eksempel har en opløsning med en pH på 2,00, en [H₃O⁺] der er ti gange større end en opløsning med en pH på 3,00, og 100 gange større end en opløsning med pH 4,00.

Konceptforståelse 14.7

Beregning af pH Angiv om pH værdien oplyst for hver af de følgende, re korrekt eller ukorrekt, og hvorfor: a. [H3O+] = 1 · 10-6                        pH = -6,0 b. [OH–] = 1,0 · 10-10                      pH = 10,00 c. [H3O+] = 1,0 · 10-6                     pH = 6,00 Svar a. Ukorrekt. pH for denne opløsning er 6,0, hvilket er en positiv værdi, ikke negativ. b. Ukorrekt. pH beregnet ud fra [H3O+], ikke [OH–]. Denne opløsning har en [H3O+] på 1,0 · 10-4 M, og dermed en pH på 4,00. Der er to nuller efter decimaltegnet, for at matche antallet af signifikante cifre i koefficienten på molariteten. c. pH er korrekt beregnet fra [H3O+] fordi der er to nuller efter decimaltegnet, hvilket matcher de to signifikante cifre i koefficienten på molariteten.

pH beregning

pH i en opløsning, beregnes fra [H₃O⁺] ved at anvende log tasten på regnemaskinen, og skifte fortegn som vist i Opgaveeksempel 14.7.

Opgaveeksempel 14.7

Beregning af pH fra [H3O+] Aspirin, der er acetylsalicylsyre, var den første ikke-steroide, antiinflammatoriske medicin som blev brugt til at afhjælpe smerte og feber. Hvis en opløsning med aspirin, har en [H3O+] = 1,7 · 10-3 M, hvad er pH for den opløsning? Løsning Trin 1: Angiv de oplyste mængder og de ønskede mængder. Trin 2: Indsæt [H3O+] i pH ligningen. Trin 3: Tryk på log tasten og skift fortegn. Juster for antallet af signifikante cifre på højre side af decimaltegnet. Trinene kan kombineres, så den giver rækkefølgen på regnemaskinen således: Vær sikker på at du har læst instruktionsbogen til din regnemaskine. På nogle regnemaskiner skal log tasten anvendes først, efterfulgt af koncentrationen. I en pH værdi, er tallet til venstre for decimaltegnet et eksakt tal udledt fra potensen af 10. Derfor afgør de to signifikante cifre i koefficienten, at der er to signifikante cifre efter decimalpunktet i pH værdien.

Når vi har brug for at beregne pH værdien ud fra [OH^–], bruger vi K_w til beregning af [H₃O⁺], indsætte det i pH ligningen, og beregne pH af opløsningen, som vist i Opgaveeksempel 14.8.

Opgaveeksempel 14.8

Beregning af pH ud fra [OH–] Hvad er pH værdien for en ammoniakopløsning med [OH–] = 3,7 · 10-3 M? Løsning Trin 1: Angiv de oplyste mængder og de ønskede mængder. Trin 2: Indsæt [H3O+] i pH ligningen. Fordi [OH–] er oplyst for ammoniakopløsningen, bliver vi nødt til at beregne [H3O+]. Ved at bruge ionproduktkonstanten for vand, Kw, dividerer vi begge sider med [OH–], for at få [H3O+]. Trin 3: Tryk på log tasten og skift fortegn. Juster antallet af signifikante cifre på den højre side af decimaltegnet.

pOH

pOH skalaen ligner pH skalaen bortset fra, at pOH er associeret med [OH^–] i en vandig opløsning.

Opløsninger med høj [OH^–] har lave pOH værdier; opløsninger med lav [OH^–] har høje pOH værdier. I enhver vandig opløsning, er summen af pH og pOH lig med 14,00, hvilket er den negative logaritme af K_w.

For eksempel, hvis pH i en opløsning er 3,50, kan pOH beregnes på følgende måde:

En sammenligning af [H₃O⁺], [OH^–], og deres korresponderende pH og pOH værdi, kan ses i tabel 14.8.

Beregning af [H₃O⁺] fra pH

Hvis vi får oplyst pH for en opløsning, og bliver spurgt om at finde [H₃O⁺], har vi brug for den omvendte beregning af pH.

For eksempel, hvis pH i en opløsning er 3,0, kan vi sætte dette ind i ligningen. Antallet af signifikante cifre i [H₃O⁺], er det samme som antallet af decimaler i pH værdien:

Ved pH værdier der ikke er hele tal, kræver beregningen brug af 10^x tasten, der normalt en en 2nd funktionstast. På nogle regnemastiner, anvendes denne operation ved atbruge inverse tasten og log tasten, som vist i Opgaveeksempel 14.9.

Opgaveeksempel 14.9

Beregning af [H3O+] ud fra pH Beregn [H3O+] for en opløsning af bagepulver, med en pH på 8,25. Løsning Trin 1: Angiv de oplyste mængder og de ønskede mængder. Trin 2: Indsæt pH værdien ind i den omvendte log ligning, og skift fortegn. Tryk på 2nd funktionstasten og derefter på 10x tasten. Trin 3: Juster antal signifikante cifre i koefficienten. Fordi pH værdien på 8,25 har to cifre til højre for decimaltegnet, skrives koefficienten for [H3O+] med to signifikante cifre.

14.7 – Syrer og basers reaktioner →