pH е мярката за това колко кисел или основен е даден разтвор. Разбирането как да го изчислим от първите принципи е фундаментално за химията, биологията, медицината и науката за околната среда.
Формулата на pH
pH се определя като отрицателен логаритъм с основа 10 на концентрацията на водородни йони:
pH = −log₁₀[H⁺]
Където [H⁺] е концентрацията на водородни йони в молове на литър (mol/L или M).
Пример 1: [H⁺] = 0,001 M (10⁻³ M):
- pH = −log(0,001) = −(−3) = 3 (киселинно)
Пример 2: [H⁺] = 1 × 10⁻⁷ M (чиста вода):
- pH = −log(10⁻⁷) = 7 (неутрално)
Пример 3: [H⁺] = 1 × 10⁻¹¹ M:
- pH = 11 (основно/алкално)
Скалата на pH
| pH | Класификация | Пример |
|---|---|---|
| 0–2 | Силно киселинна | Батерийна киселина, стомашна киселина (1–2) |
| 3–4 | киселинен | Оцет (2,4), портокалов сок (3,5) |
| 5–6 | Леко кисела | Черно кафе (5), дъждовна вода (5,6) |
| 7 | Неутрален | Чиста вода |
| 8–9 | Леко основно | Морска вода (8), сода бикарбонат (8,3) |
| 10–12 | Основен | Магнезиево мляко (10,5) |
| 13–14 | Силно основен | Белина (12,5), препарат за почистване на канали (14) |
Изчисляване на [H⁺] от pH
Обратното изчисление — намиране на концентрация на йони от pH:
[H⁺] = 10^(−pH)
Пример: pH = 4,5:
- [H⁺] = 10^(−4,5) = 3,16 × 10⁻⁵ mol/L
Връзката между pH и pOH
Във водни разтвори при 25°C:
pH + pOH = 14
pOH = −log₁₀[OH⁻]
Ако знаете концентрацията на хидроксидни йони вместо водородни йони:
Пример: [OH⁻] = 1 × 10⁻³ M:
- pOH = −log(10⁻³) = 3
- pH = 14 − 3 = 11 (основно)
Изчисляване на pH на силни киселини
Силните киселини (HCl, HNO3, H₂SO4) се дисоциират напълно във вода:
[H⁺] = Concentration of acid (for monoprotic acids)
pH = −log[acid concentration]
Пример: 0,05 M HCl:
- [H⁺] = 0,05 М
- pH = −log(0,05) = 1,30
За H₂SO₄ (дипротичен): [H⁺] = 2 × [H₂SO₄]
Изчисляване на pH на слаби киселини (използване на Ka)
Слабите киселини частично се дисоциират. Използвайте константата на киселинна дисоциация Ka:
[H⁺] = √(Ka × C)
pH = −log(√(Ka × C)) = ½ × (pKa − log C)
Където C = начална концентрация на киселина, Ka = константа на дисоциация.
Пример: 0,1 М оцетна киселина (Ka = 1,8 × 10⁻⁵):
- [H⁺] = √(1,8 × 10⁻⁵ × 0,1) = √(1,8 × 10⁻⁶) = 1,34 × 10⁻³
- pH = −log(1,34 × 10⁻³) = 2,87
(В сравнение със силна киселина: 0,1 M HCl ще има pH = 1,0 — много по-киселинно)
Изчисляване на pH на силни основи
Силните основи (NaOH, KOH) се дисоциират напълно:
[OH⁻] = concentration of base
pOH = −log[OH⁻]
pH = 14 − pOH
Пример: 0,02 M NaOH:
- pOH = −log(0,02) = 1,70
- pH = 14 − 1,70 = 12,30
Буферни разтвори
Буферът се противопоставя на промяната на pH. Уравнението на Хендерсън-Хаселбалх изчислява pH на буфера:
pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
Където [A⁻] = концентрация на спрегната основа, [HA] = концентрация на слаба киселина.
Пример: Оцетна киселина/ацетатен буфер, pKa = 4,74, равни концентрации:
- pH = 4,74 + log(1) = 4,74 + 0 = 4,74
Буферите работят най-добре в рамките на ±1 pH единица от pKa.
Практически приложения
РН на кръвта: Поддържа се на 7,35–7,45 чрез бикарбонатно буфериране. Под 7,35 = ацидоза; над 7,45 = алкалоза.
Плувни басейни: Оптимално pH 7,2–7,8. Под 7.0 дразни очите и разяжда оборудването; над 7,8 намалява ефективността на хлора.
**PH на почвата: ** Влияе на наличността на хранителни вещества. Повечето растения процъфтяват при 6,0–7,0; боровинките предпочитат 4,5–5,5.
Използвайте нашия логаритмен калкулатор, за да изчислите бързо −log стойности за изчисления на pH и pOH.