pH è, sul suo volto, un concetto semplice. Indica l'acidità o basicità di una soluzione basata su acqua su una scala da 0 a 14, dove un pH di 7 è neutro (né acido né base), un pH inferiore a 7 è acida, e un pH maggiore di 7 è essenziale. Le origini di quei numeri e calcoli che li producono, tuttavia, sono piuttosto complesse.
Acqua
Ogni studente di primo anno chimica sa che l'acqua è H? O. ma a livello atomico, l'acqua è molto più complicato di suggerirebbe la sua formula. In acqua, entrambi gli atomi di idrogeno si legano con l'atomo di ossigeno (chiamato l'atomo "centrale"), che può essere rappresentato come H-O-H. Uno dei legami O-H può, per nessun motivo apparente, rompere. Tali obbligazioni, chiamati "legami covalenti," rappresentano due elettroni, e quando il legame si rompe, gli elettroni stare con l'atomo di ossigeno. Questo dà il frammento OH una carica negativa, che formano ciò che chimici chiamano "ione idrossido," OH?. L'atomo di idrogeno solitario, ora manca i suoi elettroni, forma un ione positivo, H?, noto anche come un protone. Questa separazione in ioni positivi e negativi è indicata come "dissociazione". In forma di equazione chimica:
H? O? H? + L'OH?
In acqua pura, un certo numero di molecole d'acqua verrà, in qualsiasi momento, sempre dissociato, ma la quantità di H? e OH? sarà uguale (perché H? non può formarsi senza creare OH? e viceversa).
Concentrazione
Farmacia express concentrazione in unità di moli per litro (questo è chiamato "molarità" e viene rappresentato come M o mol/L). Una talpa rappresenta 6,022 × 10²³ atomi o molecole. In acqua pura, la concentrazione di H? e OH? sono ciascuno uguale a 1.0 × 10?? mol/L.
pH
pH è in realtà una dichiarazione della concentrazione della concentrazione di H? ioni. La "p" è il pH è la funzione di p. La p-funzione di un numero x è data da p (x) =-log (x). In acqua pura, la concentrazione di H? è 1.0 × 10??? e p(H) = – log (1.0 × 10??) = 7, quindi il pH di puro o \"neutral\" acqua.
Questi calcoli diventano più interessanti quando sostanze sono disciolte in acqua che aumentano la H? o OH? concentrazioni. Come succede così, il prodotto di H? e OH? concentrazioni (in mol/L) è sempre uguale a 1.0 × 10? ¹?. Nel caso di acqua pura, H? e OH? sono ogni 1.0 × 10???, o:
(1.0 × 10??) (1.0 × 10??) = 1,0 × 10? ¹?
Acidi
Gli acidi sono composti che aumentano la quantità di H? nella soluzione. Acido cloridrico (HCl), ad esempio, si dissocia per formare H? e Cl?:
HCl? H? + Cl?
Questo processo squilibra il H? e OH? già presente nell'acqua. Ma il prodotto di H? e OH-concentrazioni saranno ancora 1.0 × 10? ¹?. Se l'acido sono stati aggiunti per portare la H? concentrazione di, ad esempio, 1.0 × 10???, quindi pH = – log (1.0 × 10??) = 5. Così, il pH di soluzioni acide è inferiore a 7.
Basi
Le basi sono composti che aumentano la quantità di OH?, come idrossido di sodio (NaOH):
NaOH? Na? + L'OH?
L'aggiunta di una base di acqua genererà la concentrazione di OH? ma causerà anche la concentrazione di H? per diminuire. Aumento della concentrazione di OH? per, ad esempio, 1.0 × 10?? mol/L, causerebbe l'H? per diminuire a 1.0 × 10?? mol/L e p (1.0 × 10??) = 8. Ecco perché rappresenta un pH maggiore di 7 è una soluzione di base.