Czym jest skala pH? Na czym została oparta? Co było podstawą jej opracowania? Na te i inne pytania odpowiadamy poniżej. Sprawdź, czy wszystko wiesz!
Czym jest skala pH?
Skala pH jest miarą kwasowość i zasadowość roztworów wodnych. Skala oparta jest na aktywności molowej jonów hydroniowych [H3O+].
Zgodnie ze wzorem pH definiuje się również jako ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia jonów H3O+:
pH = –log10[H3O+]
Wartość skali pH
Skala posiada 15 stopni od 0 do 14, gdzie wartość 7 oznacza roztwór obojętny, 0 silnie kwasowy, a 14 silnie zasadowy.
Podstawą do opracowania skali pH był proces autodysocjacji wody. Jest to samorzutna reakcja, która przebiega zgodnie z równaniem:
2H2O ⇌ H3O+ + OH-
Autodysocjacja wody
Autodysocjacja wody jest procesem odwracalnym, 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 daje pH równe 7:
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 wartość pH. Dodany do wody silny kwas np. HCl ulega dysocjacji:
HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl-
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(1) = 0. Taka sama sytuacja występuje w przypadku rozpuszczania silnych zasad, które dostarczają jonów wodorotlenowych - stężenie jonów H30+ maleje (w stosunku do roztworu czystej wody), co prowadzi do wzrostu wartości pH powyżej 7.
Zastosowanie skali pH
Skala pH została pierwotnie stworzona dla roztworów rozcieńczonych i wykorzystywanie jej poza zakresem 0-14 może dawać nieprawidłowe wartości. Dla wysokich stężeń odczyn roztworów przestaje być logarytmiczną funkcją stężenia jonów hydroniowych, a jest logarytmiczną funkcją ich aktywności molowej. 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.