Kwasy, zasady i skala pH
Co to znaczy, że roztwór jest kwaśny lub zasadowy (alkaliczny)?
Wszystko ma związek z jonami wodoru (skrót od symbolu chemicznego H+). W wodzie (H2O), niewielka liczba cząsteczek dysocjuje (rozdziela się). Niektóre z cząsteczek wody tracą wodór i stają się jonami wodorotlenkowymi (OH-). Utracone” jony wodorowe łączą się z cząsteczkami wody, tworząc jony hydroniowe (H3O+). Dla uproszczenia, jony hydroniowe są określane jako jony wodorowe H+. W czystej wodzie znajduje się taka sama liczba jonów wodorowych i wodorotlenkowych. Roztwór nie jest ani kwaśny ani zasadowy.
Kwas jest substancją, która oddaje jony wodorowe. Z tego powodu, gdy kwas jest rozpuszczony w wodzie, równowaga między jonami wodorowymi i jonami wodorotlenkowymi jest przesunięta. Teraz w roztworze znajduje się więcej jonów wodorowych niż wodorotlenkowych. Ten rodzaj roztworu jest kwaśny.
Zasada jest substancją, która przyjmuje jony wodorowe. Kiedy zasada jest rozpuszczona w wodzie, równowaga między jonami wodorowymi i wodorotlenkowymi przesuwa się w przeciwną stronę. Ponieważ zasada „nasiąka” jonami wodorowymi, w wyniku czego powstaje roztwór zawierający więcej jonów wodorotlenkowych niż wodorowych. Ten rodzaj roztworu jest zasadowy.
Kwasowość i zasadowość są mierzone za pomocą skali logarytmicznej zwanej pH. Oto dlaczego: silnie kwaśny roztwór może mieć sto milionów milionów lub sto trylionów (100 000 000 000 000 000) razy więcej jonów wodorowych niż silnie zasadowy roztwór! Z drugiej strony, oczywiście, roztwór silnie zasadowy może mieć 100 000 000 000 000 000 razy więcej jonów wodorotlenkowych niż roztwór silnie kwasowy. Co więcej, stężenia jonów wodorowych i wodorotlenkowych w codziennych roztworach mogą się zmieniać w całym tym zakresie.
Aby łatwiej radzić sobie z tymi dużymi liczbami, naukowcy używają skali logarytmicznej, skali pH. Każda zmiana o jedną jednostkę w skali pH odpowiada dziesięciokrotnej zmianie stężenia jonów wodorowych. Skala pH jest teoretycznie otwarta, ale większość wartości pH mieści się w zakresie od 0 do 14. O wiele łatwiej jest używać skali logarytmicznej, zamiast ciągle zapisywać te wszystkie zera! Przy okazji, zauważyliście, że sto milionów milionów to jedynka z czternastoma zerami po niej? To nie przypadek, to logarytmy!
Aby być bardziej precyzyjnym, pH jest ujemnym logarytmem stężenia jonów wodorowych:
Nawiasy kwadratowe wokół H+ automatycznie oznaczają „stężenie” dla chemika. Równanie oznacza to, co powiedzieliśmy wcześniej: przy każdej zmianie pH o 1 jednostkę, stężenie jonów wodorowych zmienia się dziesięciokrotnie. Czysta woda ma neutralne pH 7. Wartości pH poniżej 7 są kwaśne, a wartości pH powyżej 7 są alkaliczne (zasadowe). Tabela 1 zawiera przykłady substancji o różnych wartościach pH (Decelles, 2002; Environment Canada, 2002; EPA, data nieznana).
| pH Value | H+ Concentration Relative to Pure Water |
Example |
| 0 | 10 000 000 | kwas mlekowy |
| 1 | 1 000 000 | kwas żołądkowy |
| 2 | 100 000 | sok cytrynowy, ocet |
| 3 | 10 000 | sok pomarańczowy, soda |
| 4 | 1 000 | sok pomidorowy, kwaśny deszcz |
| 5 | 100 | czarna kawa, banany |
| 6 | 10 | uryna, mleko |
| 7 | 1 | czysta woda |
| 8 | 0.1 | woda morska, jaja |
| 9 | 0,01 | soda oczyszczona |
| 10 | 0.001 | Great Salt Lake, mleko magnezowe |
| 11 | 0.000 1 | roztwór amoniaku |
| 12 | 0.000 01 | woda mydlana |
| 13 | 0.000 001 | płuczka, środek do czyszczenia piekarników |
| 14 | 0.000 000 1 | płynny środek do czyszczenia kanalizacji |
Tabela 1. Skala pH: Kilka przykładów
.