Inhoud
- De definitie van de pH-schaal
- Het doel van de pH-schaal
- Voorbeelden van zure stoffen
- Voorbeelden van alkalische stoffen
- Zuur en alkali mengen
- Hoe pH te meten
Je weet misschien dat het pH-niveau van zuiver water 7 is, de pH van azijn ongeveer 3 is en de pH van natriumhydroxide ongeveer 13 is, maar wat betekenen deze cijfers eigenlijk? Ze vertellen u hoe zuur of alkalisch een waterige oplossing op waterbasis is, op een schaal van 0 tot 14. Deze schaal staat bekend als de pH-schaal, waarbij pH de afkorting is voor "kracht van waterstof".
De definitie van de pH-schaal
Wanneer u zuren en basen in oplossing onderdompelt, geven ze vrije ionen vrij. In een oplossing op waterbasis geeft een zuur positieve waterstof af (H+) ionen terwijl een alkali negatief hydroxide afgeeft (OH-) enen. Dit betekent dat wanneer een zuur in water wordt opgelost, de balans tussen waterstofionen en hydroxide-ionen verandert, wat resulteert in meer waterstofionen dan hydroxide-ionen in de oplossing (een zure oplossing). De balans verandert ook wanneer een alkali wordt opgelost in water, maar op de tegenovergestelde manier. In dit geval krijgt de oplossing meer hydroxide-ionen dan waterstofionen (een alkalische oplossing).
De pH-schaal meet hoe sterk een zuur of alkali is. Als het middelpunt op de schaal is, wordt het als neutraal beschouwd - de concentratie waterstofionen is gelijk aan de concentratie hydroxide-ionen.
De definitie van pH is het negatieve logboek van waterstofionconcentratie. De Deense biochemicus Søren Peter Lauritz Sørensen was verantwoordelijk voor deze term, die hij in 1909 creëerde als afkorting voor 'kracht van waterstof'. "P" staat voor het Duitse woord voor macht (potenz) en H is het elementensymbool voor waterstof.
Sørensen kwam met de volgende vergelijking om de pH te berekenen:
pH = -log
Log is het base-10 logaritme en staat voor de waterstofionconcentratie in eenheden van mol per liter oplossing.
Het doel van de pH-schaal
De pH-schaal loopt van 0 tot 14, waarbij 7 een neutrale pH is, alles onder 7 zuur is en alles boven 7 alkalisch is (soms basisch genoemd). De pH-schaal is logaritmisch, wat betekent dat elke hele waarde onder 7 10 keer zuurder is dan de hogere waarde, en elke hele waarde boven 7 is 10 keer minder zuur dan de lagere waarde. Een pH van 2 is bijvoorbeeld 10 keer zuurder dan een pH van 3 en 100 keer zuurder dan een pH van 4. Met andere woorden, hoe sterker het zuur, hoe lager het pH-getal en hoe sterker de alkali, hoe hoger het pH-nummer.
Kleine veranderingen in pH kunnen grote effecten hebben. Zure regen, die in het algemeen een pH van 4,2 tot 4,4 heeft, is bijvoorbeeld meer dan 10 keer zuurder dan schone regen, die meestal een pH van 5,6 heeft.
Een stof met een pH van 1 tot 2 wordt beschouwd als een sterk zuur, terwijl een stof met een pH van 13 tot 14 een sterk alkali is. Als een zuur zeer sterk is, kan het een negatieve pH hebben, terwijl zeer sterke basen een pH hoger dan 14 kunnen hebben. Een stof die noch zuur of alkalisch is, zoals zuiver water, is neutraal. Menselijk bloed heeft een iets hoger dan neutrale pH van ongeveer 7,4.
Alleen waterige oplossingen hebben pH-waarden, wat betekent dat chemicaliën, inclusief sommige vloeistoffen, geen pH-waarden hebben. Pure alcohol, plantaardige olie en benzine hebben bijvoorbeeld geen pH-waarde.
Voorbeelden van zure stoffen
Zure oplossingen hebben meer waterstofionen dan alkalische of neutrale oplossingen. Zuren hebben ook een zure smaak en reageren zeer sterk op metalen. Wanneer ze geconcentreerd zijn, kunnen ze zeer corrosief zijn. Sommige veel voorkomende zuren zijn sinaasappelsap, azijn, citroenen en zwavelzuur.
Voorbeelden van alkalische stoffen
Alkalische oplossingen hebben minder waterstofionen dan neutrale of zure oplossingen of zuren. Basen hebben de neiging glad aan te voelen en ze hebben meestal een bittere smaak. Net als zuren kunnen sterke basen je huid verbranden. Enkele veel voorkomende basen zijn ammoniak, loog, bakpoeder, zeepwater, bleekmiddel en magnesiummelk.
Zuur en alkali mengen
Als u gelijke hoeveelheden van een sterk zuur en een sterk alkali mengt, neutraliseren de twee chemicaliën elkaar in wezen, en het resultaat is een zout en water. Het mengen van dezelfde hoeveelheden van een sterk zuur en een sterke base produceert ook een neutrale pH-oplossing. Dit staat bekend als een neutralisatiereactie en ziet er zo uit:
HA + BOH → BA + H2O + warmte
De reactie tussen het sterke zuur HCl (zoutzuur) en het sterke alkali NaOH (natriumhydroxide) is bijvoorbeeld:
HCl + NaOH → NaCl + H2O + warmte
Deze reactie produceert natriumchloride (keukenzout). Als u meer zuur dan alkali in de reactie had, zou niet al het zuur reageren, dus het resultaat zou zout, water en achtergebleven zuur zijn en de oplossing zou nog steeds zuur zijn (met een pH lager dan 7). Als u echter meer alkali dan zuur had, zou er alkali overblijven en zou de uiteindelijke oplossing nog steeds alkalisch zijn (met een pH hoger dan 7).
Omdat het mengsel tijdens de reactie opwarmt, staat neutralisatie bekend als een exotherme reactie. Neutralisatie wordt voor veel dingen gebruikt. Boeren kunnen kalk (calciumoxide) gebruiken om zure bodems te neutraliseren. U kunt bakpoeder, dat natriumwaterstofcarbonaat bevat, gebruiken om een zure bijensteek te neutraliseren.
Iets soortgelijks gebeurt wanneer een of beide reactanten zwak zijn. Een zwak zuur of alkali dissocieert niet volledig in water, dus er kunnen restanten zijn aan het einde van de reactie, die de pH beïnvloeden. Ook wordt mogelijk geen water gemaakt omdat de meeste zwakke basen geen hydroxiden zijn, dus is er geen OH- noodzakelijk om water te maken.
Hoe pH te meten
U kunt het pH-niveau van een oplossing op verschillende manieren meten. De eenvoudigste methode omvat pH-teststrips, die zijn gemaakt van speciaal papier, lakmoespapier genaamd. Dit is filterpapier dat is behandeld met kleurstoffen gemaakt van korstmossen. Dit papier verandert van kleur wanneer het in contact komt met een zuur of alkalisch. Wanneer het in een zure oplossing wordt geplaatst, wordt blauw lakmoespapier rood en wanneer het in een alkalische oplossing wordt geplaatst, wordt rood lakmoespapier blauw. (Zoals u zou verwachten, blijft blauw lakmoespapier, wanneer het in een neutrale oplossing wordt geplaatst, blauw en wanneer rood lakmoespapier in een neutrale oplossing wordt geplaatst, blijft het rood.)
Sommige pH-teststrips bevatten indicatorbalken die elk van kleur veranderen, afhankelijk van de oplossing waaraan de strip wordt blootgesteld. Wanneer u de teststrip een paar seconden bedekt met uw oplossing (in een schone container) en deze vervolgens verwijdert, kunt u het uiteinde van de teststrip vergelijken met de kleurenkaart die u bij het papier hebt ontvangen om de pH-waarde van de oplossing te bepalen.
Een andere manier om de pH te meten vereist een sonde en meter. Voordat u deze hulpmiddelen gebruikt, moet u de meter kalibreren door deze te testen in een stof met een bekend pH-niveau (zoals gedestilleerd water met een pH van 7). Nadat u de nodige aanpassingen aan de meter hebt gemaakt en de sonde en meter hebt gespoeld en gedroogd, kunt u uw pH-test op uw vloeistofmonster uitvoeren in een schone container die diep genoeg is om de punt van de sonde volledig te bedekken. Controleer de temperatuur van het monster met een thermometer en zorg ervoor dat de meter overeenkomt met deze temperatuur. Plaats de sonde in uw monster en wacht tot de meting constant wordt (dit betekent dat de meter evenwicht heeft bereikt) voordat u de pH-waarde registreert.