pH to miara kwasowości lub zasadowości roztworu wodnego. Określa, ile jonów wodorowych znajduje się w roztworze, i pozwala szybko ocenić, czy substancja jest kwasem, zasadą czy ma odczyn obojętny. W tym artykule wyjaśniamy wzór na pH, skalę pH oraz pokazujemy obliczenia na przykładzie.
Wzór na pH
pH definiujemy jako ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia jonów wodorowych:
- pH = -log[H⁺] — gdzie [H⁺] to stężenie jonów wodorowych w mol/dm³
- [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ — wzór odwrotny pozwala obliczyć stężenie ze znanego pH
Nawiasy kwadratowe oznaczają stężenie molowe danego jonu.
Skala pH
Skala pH obejmuje zwykle zakres od 0 do 14:
- pH poniżej 7 — odczyn kwasowy (więcej jonów wodorowych)
- pH równe 7 — odczyn obojętny (czysta woda)
- pH powyżej 7 — odczyn zasadowy (mniej jonów wodorowych)
Skala jest logarytmiczna, więc zmiana pH o jedną jednostkę oznacza dziesięciokrotną zmianę stężenia jonów wodorowych. Roztwór o pH 4 jest dziesięć razy bardziej kwasowy niż roztwór o pH 5.
Przykład obliczeniowy
Stężenie jonów wodorowych w roztworze wynosi [H⁺] = 0,001 mol/dm³, czyli 10⁻³. Obliczamy pH.
- Stosujemy wzór pH = -log[H⁺].
- Podstawiamy: pH = -log(10⁻³).
- Logarytm: log(10⁻³) = -3.
- Wynik: pH = -(-3) = 3.
Roztwór ma pH równe 3, więc jest kwasowy.
Obliczanie stężenia ze znanego pH
Jeśli znamy pH i chcemy obliczyć stężenie jonów wodorowych, korzystamy ze wzoru odwrotnego. Dla pH = 5 mamy [H⁺] = 10⁻⁵ = 0,00001 mol/dm³. Im niższe pH, tym wyższe stężenie jonów wodorowych.
Wskaźniki kwasowo-zasadowe
Aby orientacyjnie określić pH bez obliczeń, stosuje się wskaźniki, czyli substancje zmieniające barwę w zależności od odczynu. Fenoloftaleina pozostaje bezbarwna w środowisku kwasowym i obojętnym, a w zasadowym przyjmuje malinowy kolor. Oranż metylowy jest czerwony w kwasie i żółty w zasadzie. Najpopularniejszy papierek uniwersalny pokrywa cały zakres skali i po zanurzeniu w roztworze przyjmuje barwę odpowiadającą danej wartości pH. Wskaźniki są szybkie i wygodne, ale mniej dokładne niż obliczenia czy pomiar pehametrem.
pOH i związek z pH
Obok pH definiuje się pOH dla jonów wodorotlenowych. W temperaturze 25°C zachodzi prosta zależność:
- pH + pOH = 14
Jeśli więc pOH roztworu wynosi 4, to pH = 14 - 4 = 10, czyli roztwór jest zasadowy.
Przykłady pH substancji codziennych
Dla orientacji warto znać przybliżone wartości pH:
- Sok z cytryny — około 2 (silnie kwasowy)
- Ocet — około 3
- Czarna kawa — około 5
- Czysta woda — 7 (obojętna)
- Woda morska — około 8
- Roztwór sody oczyszczonej — około 9
- Wybielacz — około 12,5 (silnie zasadowy)
Te wartości pomagają ocenić, czy obliczony wynik ma sens.
Drugi przykład: obliczanie pH zasady
Roztwór ma stężenie jonów wodorotlenowych [OH⁻] = 0,01 mol/dm³, czyli 10⁻². Obliczamy pH.
- Najpierw pOH = -log[OH⁻] = -log(10⁻²) = 2.
- Korzystamy z zależności pH + pOH = 14.
- Stąd pH = 14 - 2 = 12.
Roztwór ma pH równe 12, więc jest silnie zasadowy.
Najczęstsze błędy
- Pominięcie znaku minus — pH to ujemny logarytm, więc kwasowe roztwory mają dodatnie, ale niskie pH.
- Mylenie logarytmu naturalnego z dziesiętnym — we wzorze stosujemy logarytm o podstawie 10.
- Złe stężenie — wartość [H⁺] musi być wyrażona w mol/dm³.
- Mylenie pH z pOH — pH dotyczy jonów wodorowych, a pOH jonów wodorotlenowych.
Najczęściej zadawane pytania
- Jak zmierzyć pH bez obliczeń? Stosuje się papierki wskaźnikowe lub elektroniczne pehametry, które pokazują wartość bezpośrednio.
- Czy pH może być ujemne? Tak, dla bardzo stężonych kwasów stężenie jonów wodorowych może przekroczyć 1 mol/dm³, dając pH poniżej zera.
- Dlaczego skala jest logarytmiczna? Bo stężenia jonów zmieniają się o wiele rzędów wielkości, a logarytm sprowadza je do wygodnego zakresu liczb.
Podsumowanie
pH = -log[H⁺] to miara kwasowości roztworu. Wartości poniżej 7 oznaczają kwas, 7 odczyn obojętny, a powyżej 7 zasadę. Skala jest logarytmiczna, więc niewielka zmiana pH oznacza dużą zmianę stężenia jonów wodorowych.
Policz pH roztworu od ręki: Kalkulator pH →