Skala pH to skala ilościowa definiująca kwasowość i zasadowość roztworów wodnych. Skala opiera się na aktywności molowej jonów hydroniowych [H3O+] w roztworach wodnych i wyliczana jest ze wzoru:
pH = –log[H3O+]
Skala pH została opracowana przez duńskiego biochemika Søren Sørensena w 1909 r. „P” w nazwie skali pochodzi od łacińskiego potentio, oznaczającego potęgę, natomiast „H” to oznaczenie atomu wodoru.
Skala obejmuje 15 stopni od 0 do 14, gdzie wartość 7 oznacza roztwór obojętny, 0 silnie kwasowy a 14 silnie zasadowy.
Do pełnego zrozumienia skali pH konieczne jest objaśnienie procesu autodysocjacji wody. Jest to reakcja samorzutna i przebiega zgodnie z równaniem:
2H2O ⇌ H3O+ + OH-
Jest to proces odwracalny, ze stałą równowagi silnie przesuniętą w stronę wody niezdysocjowanej. Stężenie jonów hydroniowych w czystej wodzie (w temp. 25°C) jest równe 10-7 mol/dm3, co oznacza, że jej pH wynosi:
pH = -log(10-7) = 7 – woda ma odczyn obojętny
W wodzie obecnych jest tyle samo jonów wodorotlenowych i hydroniowych, natomiast w roztworach kwasowych lub zasadowych równowaga ta jest przesunięta, co wpływa na wartość pH. Dodany do wody silny kwas np. HCl ulega dysocjacji:
HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl-
W odróżnieniu od autodysocjacji wody, równowaga tej reakcji przesunięta jest bardzo silnie w stronę produktów, dlatego rozpuszczenie w wodzie silnego kwasu prowadzi do znacznego wzrostu stężenia (i aktywności molowej) jonów hydroniowych – stężenie kwasu solnego wynoszące 1 mol/dm3 daje stężenie jonów H3O+ równe 1 mol/dm3. Obliczając wartość pH, uzyskuje się:
pH = -log(100) = 0
Analogiczna sytuacja ma miejsce w przypadku rozpuszczania silnych zasad, które dostarczają jonów wodorotlenowych - stężenie jonów H3O+ maleje (w stosunku do roztworu czystej wody), co prowadzi do wzrostu wartości pH powyżej 7.
Skala pH została pierwotnie stworzona dla roztworów rozcieńczonych i wykorzystywanie jej poza zakresem 0-14 może dawać nieprawidłowe wartości. Wynika to z faktu, że dla wysokich stężeń odczyn roztworów przestaje być logarytmiczną funkcją stężenia jonów hydroniowych. W praktyce przy określaniu odczynu roztworów o wysokich stężeniach nie korzysta się ze skali pH, a z wartości opartych na stałych równowagi autodysocjacji kwasów i zasad – pKa dla kwasów i pKb dla zasad, które są ujemnym logarytmem ze stałych równowagi danych związków.
Do wyznaczania pH roztworów wykorzystywane są wskaźniki kwasowości, czyli związki, które zmieniają kolor w zależności od pH roztworu. Wskaźnikami takimi są np. fenoloftaleina, lakmus, oranż metylowy, błękit bromotymolowy, czerwień metylenowa czy sok z czerwonej kapusty.
Skala pH Wasze opinie
Dziękuje za publikacje tego materiału, przydały się fragmenty do mojej pracy kontrolnej.