Η Κλίμακα pH — Οξύτητα
Το pH ως μέτρο της οξύτητας, το pH του καθαρού νερού, όξινα διαλύματα, αραίωση, μέτρηση με πεχαμετρικό χαρτί και πεχάμετρο
Πόσο «ξινό» είναι το ξινό;
Ο χυμός λεμονιού και ένα αραιό ξίδι είναι και τα δύο όξινα — αλλά όχι το ίδιο. Όπως η κλίμακα Μποφόρ μετρά τον άνεμο και ο αριθμός οκτανίων την ποιότητα της βενζίνης, έτσι ένας αριθμός, το pH, λέει πόσο όξινο είναι ένα διάλυμα. Τον συναντάς σε σαμπουάν, σε νερά, σε λιπάσματα, ακόμη και στις εξετάσεις αίματος.
Οξύτητα και pH
Η οξύτητα εκφράζει πόσο όξινο είναι ένα διάλυμα: όσο περισσότερα κατιόντα υπάρχουν σε ορισμένο όγκο, τόσο μεγαλύτερη η οξύτητα.
Την περιεκτικότητα σε την εκφράζουμε με έναν αριθμό, το pH (πε-χα).
- Στα διαλύματα των οξέων (στους 25 °C) το pH είναι μικρότερο από 7 και πρακτικά μεγαλύτερο από 0.
- Όσο μικρότερο το pH, τόσο πιο όξινο το διάλυμα. Ένα διάλυμα με pH = 1 είναι πιο όξινο από ένα με pH = 2,5, και αυτό πιο όξινο από ένα με pH = 6,2.
Το pH του καθαρού νερού
Ακόμη και το καθαρό νερό περιέχει λίγα κατιόντα , γιατί ένα πάρα πολύ μικρό ποσοστό των μορίων του δίνει ιόντα:
Τα λέγονται ανιόντα υδροξειδίου. Από την εξίσωση φαίνεται ότι στο καθαρό νερό το πλήθος των είναι ίσο με το πλήθος των .
- Το pH του καθαρού νερού είναι 7 (στους 25 °C).
- Κάθε διάλυμα με πλήθος = πλήθος έχει επίσης pH = 7 και λέγεται ουδέτερο.
Το pH των όξινων διαλυμάτων
Ένα οξύ προσθέτει , άρα σε κάθε όξινο διάλυμα πλήθος > πλήθος — ισοδύναμα, pH < 7.
Αραίωση: αν προσθέσεις νερό σε ένα όξινο διάλυμα, σε ορισμένο όγκο υπάρχουν λιγότερα , άρα το διάλυμα γίνεται λιγότερο όξινο και το pH αυξάνεται. Όσο νερό κι αν προσθέσεις όμως, μένει όξινο: pH < 7.
Ποιο από τα παρακάτω διαλύματα είναι το πιο όξινο;
Μέτρηση του pH
- Πεχάμετρο: ηλεκτρονικό όργανο για ακριβή μέτρηση.
- Πεχαμετρικό χαρτί: απορροφητικό χαρτί εμποτισμένο με μείγμα δεικτών (γενικός δείκτης). Βουτάς μια καθαρή γυάλινη ράβδο στο διάλυμα, την ακουμπάς στο χαρτί και συγκρίνεις το χρώμα με την κλίμακα του κουτιού. Γρήγορο και εύκολο, αλλά όχι πολύ ακριβές.
Μέθοδος: ερωτήσεις pH
- pH < 7 → όξινο (πλήθος > )· pH = 7 → ουδέτερο· (pH > 7 → βασικό, στο επόμενο μάθημα).
- Σύγκριση οξύτητας: μικρότερο pH = πιο όξινο.
- Αραίωση όξινου διαλύματος: το pH ανεβαίνει προς το 7, αλλά δεν το φτάνει ούτε το ξεπερνά.
- Για να ξεχωρίσεις νερό από οξύ χωρίς γεύση: μέτρησε το pH (ή χρησιμοποίησε δείκτη).
Παράδειγμα — η λεμονάδα: Το pH μιας λεμονάδας βρέθηκε 3,2. Πού οφείλεται η τιμή αυτή; Τι θα γίνει αν προσθέσουμε νερό;
Λύση: Το pH < 7 δείχνει ότι η λεμονάδα είναι όξινη: περιέχει οξέα (κιτρικό οξύ) που δίνουν , άρα πλήθος > πλήθος . Με προσθήκη νερού τα «αραιώνουν», το pH αυξάνεται — π.χ. στο 3,5 ή στο 4 — αλλά μένει μικρότερο από 7.
Παράδειγμα — νερό ή οξύ; Δύο ίδιες φιάλες περιέχουν η μία απιονισμένο νερό και η άλλη αραιό υδροχλωρικό οξύ. Πώς τις ξεχωρίζεις εύκολα και με ασφάλεια;
Λύση: Ακουμπάς λίγο από το καθένα σε πεχαμετρικό χαρτί. Το νερό δίνει χρώμα που αντιστοιχεί σε pH ≈ 7, το οξύ σε pH < 7.
Απάντηση: μέτρηση pH (ή λίγες σταγόνες μπλε της βρωμοθυμόλης: το οξύ γίνεται κίτρινο, το νερό πράσινο).
Λυμένη άσκηση (τύπου διαγωνίσματος):
Δεδομένα: Τρία διαλύματα: Α με pH = 4, Β με pH = 7, Γ με pH = 2 (στους 25 °C).
Ζητούμενα: (α) Χαρακτήρισε κάθε διάλυμα. (β) Κατάταξη κατά αυξανόμενη οξύτητα. (γ) Σε ποιο το πλήθος των είναι ίσο με των ; (δ) Στο Γ προσθέτουμε νερό: μπορεί το pH να γίνει 8;
Λύση:
(α) Α: όξινο, Β: ουδέτερο, Γ: όξινο.
(β) Λιγότερο όξινο → περισσότερο όξινο: Β (7) < Α (4) < Γ (2).
(γ) Στο Β (ουδέτερο).
(δ) Όχι. Με την αραίωση το pH του Γ αυξάνεται, αλλά μένει μικρότερο από 7 — ποτέ 7 ή 8.
Απάντηση: όπως παραπάνω.
Σε ένα διάλυμα υδροχλωρίου με pH = 2 προσθέτεις πολύ νερό. Ποια τιμή pH μπορεί να έχει τώρα;
Τι ισχύει για το καθαρό νερό στους 25 °C;
Το pH είναι σαν θερμόμετρο ανάποδα για την οξύτητα: όσο χαμηλώνει ο αριθμός, τόσο «ανεβαίνει» η οξύτητα. Και το 7 είναι η μέση, η «ουδέτερη ζώνη».
Την κλίμακα pH την εισήγαγε το 1909 ο Δανός χημικός Søren Sørensen, που εργαζόταν στο εργαστήριο της ζυθοποιίας Carlsberg — ήθελε να ελέγχει την ποιότητα της μπίρας! Και κάτι ακόμη: κάθε μία μονάδα λιγότερο στο pH σημαίνει δέκα φορές περισσότερα .
Δίνεται ότι όταν ένα όξινο διάλυμα αραιωθεί σε δεκαπλάσιο όγκο, τα σε κάθε mL γίνονται δέκα φορές λιγότερα και (για τέτοια διαλύματα) το pH αυξάνεται κατά 1. Έχεις υδροχλωρικού οξέος με pH = 2.
(α) Συμπληρώνεις με νερό ως τα : τι pH έχει; (β) Ξανά δεκαπλάσια αραίωση (ως τα ); (γ) Ένας συμμαθητής λέει: «Αν συνεχίσω πέντε φορές, θα φτάσει στο pH = 7 και μετά σε 8». Έχει δίκιο;
Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση
(α) pH . (β) pH .
(γ) Όχι. Όσο αραιώνεις, το διάλυμα πλησιάζει την οξύτητα του καθαρού νερού, αλλά τα του οξέος πάντα προστίθενται σε όσα δίνει το νερό, άρα πλήθος > πλήθος . Το pH πλησιάζει το 7 χωρίς να το ξεπερνά — ο απλός κανόνας «+1» παύει να ισχύει κοντά στο 7.
Απάντηση: 3 · 4 · όχι, ένα όξινο διάλυμα με αραίωση δεν γίνεται ποτέ βασικό.
- «Μεγαλύτερο pH = πιο όξινο». Ισχύει το αντίθετο.
- «Το καθαρό νερό δεν έχει ιόντα». Έχει λίγα και , σε ίσο πλήθος.
- «Με αραίωση το οξύ γίνεται ουδέτερο ή βασικό». Το pH ανεβαίνει, αλλά μένει κάτω από 7.
- Ξεχνάς τη θερμοκρασία: το «ουδέτερο = 7» ισχύει στους 25 °C.
- Οξύτητα: πόσο όξινο είναι ένα διάλυμα — περισσότερα σε ορισμένο όγκο, μεγαλύτερη οξύτητα. Μετριέται με το pH.
- Στους 25 °C: όξινο pH < 7 ()· ουδέτερο pH = 7 (, καθαρό νερό).
- Μικρότερο pH → πιο όξινο.
- Αραίωση όξινου: το pH αυξάνεται, αλλά μένει < 7.
- Μέτρηση: πεχάμετρο (ακριβές) ή πεχαμετρικό χαρτί (γενικός δείκτης, κατά προσέγγιση).