Sisu
- PH skaala määratlus
- PH skaala eesmärk
- Happeliste ainete näited
- Leeliseliste ainete näited
- Happe ja leelise segamine
- Kuidas mõõta pH-d
Võib-olla teate, et puhta vee pH on 7, äädika pH on umbes 3 ja naatriumhüdroksiidi pH on umbes 13, kuid mida need arvud tegelikult tähendavad? Nad ütlevad teile, kui happeline või aluseline (vesipõhine) vesilahus on skaalal 0 kuni 14. Seda skaalat nimetatakse pH skaalaks, kus pH on lühend "vesiniku võimsusest".
PH skaala määratlus
Hapete ja leeliste lahusesse kastmisel eraldavad nad vabu ioone. Veepõhises lahuses eraldab hape positiivset vesinikku (H+) ioonid, samal ajal kui leelis eraldab negatiivset hüdroksiidi (OH-) need. See tähendab, et kui hape lahustatakse vees, muutub vesinikuioonide ja hüdroksiidioonide tasakaal, mille tulemuseks on vesinikuioonide arv rohkem kui hüdroksiidiioonide lahuses (happeline lahus). Tasakaal muutub ka siis, kui leelis lahustatakse vees, kuid vastupidiselt. Sel juhul jõuab lahus rohkem hüdroksiidioonidega kui vesinikioonid (aluseline lahus).
PH skaala mõõdab happe või leelise tugevust. Kui see on skaala keskpunktis, loetakse see neutraalseks - vesinikuioonide kontsentratsioon võrdub hüdroksiidioonide kontsentratsiooniga.
PH määratlus on vesinikuioonide kontsentratsiooni negatiivne log. Selle termini eest vastutas Taani biokeemik Søren Peter Lauritz Sørensen, kelle ta lõi 1909. aastal lühendina "vesiniku võimsus". "P" tähistab saksa sõna power (potenz) ja H on vesiniku elemendi sümbol.
Sørensen esitas pH arvutamiseks järgmise võrrandi:
pH = -logi
Logi on logaritm base-10 ja tähistab vesinikuiooni kontsentratsiooni mooliühikutes liitri lahuse kohta.
PH skaala eesmärk
PH skaala on vahemikus 0 kuni 14, kusjuures 7 on neutraalne pH, kõik alla 7 on happelised ja kõik üle 7 on leelised (mõnikord nimetatud ka aluseliseks). PH skaala on logaritmiline, see tähendab, et kogu väärtus alla 7 on 10 korda happelisem kui kõrgem väärtus ja iga kogu väärtus üle 7 on 10 korda vähem happeline kui madalam väärtus. Näiteks pH 2 on 10 korda happelisem kui pH 3 ja 100 korda happelisem kui pH 4. Teisisõnu: mida tugevam hape, seda madalam on pH-arv ja mida tugevam on leelis, seda kõrgem pH-arv.
Väikestel pH muutustel võib olla suur mõju. Näiteks happevihmad, mille pH on tavaliselt 4,2–4,4, on üle 10 korra happelisemad kui puhas vihm, mille pH on tavaliselt 5,6.
Ainet, mille pH on 1 kuni 2, peetakse tugevaks happeks, samal ajal kui ainet, mille pH on 13 kuni 14, peetakse tugevaks leeliseks. Kui hape on väga tugev, võib selle pH olla negatiivne, väga tugevate aluste pH võib aga olla kõrgem kui 14. Aine, mis ei ole happeline ega aluseline, näiteks puhas vesi, on neutraalne. Inimese vere pH on pisut kõrgem kui neutraalne - umbes 7,4.
Ainult vesilahuste pH on tasemel, see tähendab, et kemikaalidel, sealhulgas ka mõnedel vedelikel, puudub pH väärtus. Näiteks pole puhtal alkoholil, taimeõlil ja bensiinil pH taset.
Happeliste ainete näited
Happelistes lahustes on rohkem vesinikuioone kui leeliselistes või neutraalsetes lahustes. Happed on ka hapu maitsega ja reageerivad metallidele väga tugevalt. Kontsentreerimisel võivad need olla väga söövitavad. Mõningate tavaliste hapete hulka kuuluvad apelsinimahl, äädikas, sidrunid ja väävelhape.
Leeliseliste ainete näited
Aluselistes lahustes on vähem vesinikuioone kui neutraalsetes või happelistes lahustes või hapetes. Alused kipuvad olema libedad ja tavaliselt on neil mõru maitse. Nagu happed, võivad ka tugevad leelised nahka põletada. Mõned levinumad alused hõlmavad ammoniaaki, leelist, söögisoodat, seebivett, pleegitajat ja magneesiumoksiidi piima.
Happe ja leelise segamine
Kui segada võrdsetes kogustes tugevat hapet ja tugevat leelist, tühistavad need kaks kemikaali põhimõtteliselt üksteist ja tulemuseks on sool ja vesi. Sama koguse tugeva happe ja tugeva leelise segamisel saadakse ka neutraalne pH lahus. Seda nimetatakse neutraliseerimisreaktsiooniks ja see näeb välja järgmine:
HA + BOH → BA + H2O + kuumus
Näiteks on tugeva happe HCl (vesinikkloriidhape) ja tugeva leeliselise NaOH (naatriumhüdroksiidi) vaheline reaktsioon järgmine:
HCl + NaOH → NaCl + H2O + kuumus
Selle reaktsiooni käigus saadakse naatriumkloriid (lauasool). Kui teil oleks reaktsioonis rohkem hapet kui leelist, ei reageeriks kogu hape, seega oleks tulemuseks sool, vesi ja happejääk ning lahus oleks ikkagi happeline (pH madalam kui 7). Kui teil oleks aga leelist rohkem kui hapet, oleks seal veel leeliseid ja lõpplahus oleks ikkagi aluseline (pH üle 7).
Kuna segu soojeneb reaktsiooni ajal, nimetatakse neutraliseerimist eksotermiliseks reaktsiooniks. Neutraliseerimist kasutatakse paljude asjade jaoks. Põllumehed võivad happelise pinnase neutraliseerimiseks kasutada lubi (kaltsiumoksiidi). Happelise mesilase nõela neutraliseerimiseks võite kasutada küpsetuspulbrit, mis sisaldab naatriumvesinikkarbonaati.
Midagi sarnast juhtub siis, kui üks või mõlemad reagendid on nõrgad. Nõrk hape või leelis hajub vees täielikult, seetõttu võib reaktsiooni lõpus esineda reagente, mis mõjutavad pH-d. Samuti ei pruugi vett tekkida, kuna enamik nõrku leeliseid ei ole hüdroksiidid, seega puudub OH- vajalik vee valmistamiseks.
Kuidas mõõta pH-d
Lahuse pH taset saab mõõta erineval viisil. Lihtsaim meetod hõlmab pH-testribasid, mis on valmistatud spetsiaalsest paberist, mida nimetatakse lakmuspaberiks. See on filterpaber, mida on töödeldud samblikest valmistatud värvainetega. See paber muudab happe või leelisega kokkupuutel värvi. Happelisse lahusesse pannes muutub sinine lakmuspaber punaseks ja leeliselises lahuses asetades muutub punane lakmuspaber siniseks. (Nagu arvata võiks, kui sinine lakmuspaber pannakse neutraalsesse lahusesse, jääb see siniseks ja kui punane lakmuspaber pannakse neutraalsesse lahusesse, jääb see punaseks.)
Mõni pH-testriba sisaldab indikaatorribasid, mis muudavad värvi sõltuvalt lahusest, millega riba kokku puutub. Kui katate katseriba mõneks sekundiks oma lahusega (puhtasse anumasse) ja eemaldate selle, saate lahuse pH taseme määramiseks võrrelda prooviriba lõppu värviga, mille saite paberiga.
Veel üks viis pH mõõtmiseks nõuab sondit ja arvesti. Enne nende tööriistade kasutamist peate arvesti kalibreerima, katsetades seda teadaoleva pH tasemega aines (näiteks destilleeritud vesi, mille pH on 7). Pärast mõõturi vajalike muudatuste tegemist ning sondi ja arvesti loputamist ja kuivatamist saate oma vedela proovi pH-testi teha puhtas anumas, mis on piisavalt sügav, et sondi ots täielikult katta. Kontrollige termomeetri abil proovi temperatuuri ja veenduge, et arvesti vastab sellele temperatuurile. Pange proovivõttur ja proovige enne pH taseme registreerimist, kuni mõõtmine muutub konstantseks (see tähendab, et arvesti on saavutanud tasakaalu).