Av Tracy McConnell, uppdaterad 30 augusti 2022

deyangeorgiev/iStock/GettyImages

pH-skalan - från 0 till 14 - kvantifierar surheten eller alkaliniteten hos en lösning. Att förstå en lösnings pH är viktigt i både utbildningsmiljöer och laboratoriepraxis, eftersom det informerar oss om de arter som finns och förutsäger hur lösningen kommer att bete sig i kemiska reaktioner.

Eftersom pH direkt återspeglar koncentrationen av hydroniumjoner (H₃O⁺) i vatten, kan det användas för att beräkna koncentrationen av andra joner i systemet. Följande ekvationer utgör grunden för dessa beräkningar.

pH- och hydroniumkoncentration

Förhållandet mellan pH och hydroniumjonkoncentration uttrycks som:

pH=−log₁0[H3O+]

Här betecknar parenteserna molaritet. När [H3O+] är känt kan pH bestämmas; omvänt tillåter ett uppmätt pH beräkning av [H₃O⁺].

Exempel1:Bestäm pH från [H₃O⁺]

I ett 1,0L prov av 0,1M saltsyra (HCl) är hydroniumkoncentrationen 1×10⁻¹M.

pH=−log₁₀(1×10⁻¹)=−(−1)=1,00

Exempel2:Bestäm [H₃O⁺] från pH

Om en lösning har ett pH på 4,3, ger omarrangering av pH-ekvationen:

[H₃O⁺]=10^−pH=10^−4,3≈5,01×10⁻⁵M

Exempel3:Basberäkningar med hjälp av jonprodukten av vatten

För basiska lösningar är koncentrationen av hydroxidjoner [OH⁻] lättare att mäta. Med hjälp av jonproduktkonstanten för vatten (K_w=1×10⁻¹⁴ vid 25°C), finner vi:

[H3O+]=K_w/[OH⁻]

Med [OH⁻]=4,0×10⁻¹¹M:

1. [H3O+]=(1×10⁻¹⁴) / (4.0×10⁻11)=2.5×10⁻⁴M

2. pH=−log₁₀(2,5×10⁻⁴)≈3,60

Betydande siffror i pH-beräkningar

pH-värden rapporteras vanligtvis till närmaste tiondel eller hundradel, vilket återspeglar mätningens precision. När logaritmen tillämpas anses endast siffrorna efter decimalkomma vara signifikanta, vilket säkerställer överensstämmelse med experimentell osäkerhet.

Acid Dissociation Constant (K_a)

Syradissociationskonstanten kvantifierar i vilken utsträckning en syra joniseras i vatten. Svaga syror har små K_a-värden, vilket innebär att det mesta av syran förblir odissocierad, medan starka syror har höga K_a-värden och joniserar nästan helt.

Exempel:Kolsyra (H₂CO₃) är en svag, diprotisk syra med

H₂CO₃(aq)⇌HCO₃⁻(aq)+H⁺(aq) K_a₁=4,3×10⁻⁷

och ett andra dissociationssteg:

HCO₃⁻(aq)⇌CO₃²⁻(aq)+H⁺(aq) K_a₂=4,8×10⁻¹¹

Däremot är salpetersyra (HNO₃) en stark syra med K_a≈40, vilket illustrerar dess nästan fullständiga dissociation.