pH-ul este măsura în care este acidă sau bazică o soluție. Înțelegerea modului de calcul de la primele principii este fundamentală pentru chimie, biologie, medicină și știința mediului.
Formula pH-ului
pH-ul este definit ca logaritmul negativ de bază 10 al concentrației ionilor de hidrogen:
pH = −log₁₀[H⁺]
Unde [H⁺] este concentrația ionilor de hidrogen în moli pe litru (mol/L sau M).
Exemplu 1: [H⁺] = 0,001 M (10⁻³ M):
- pH = −log(0,001) = −(−3) = 3 (acid)
Exemplu 2: [H⁺] = 1 × 10⁻⁷ M (apă pură):
- pH = −log(10⁻⁷) = 7 (neutru)
Exemplu 3: [H⁺] = 1 × 10⁻¹¹ M:
- pH = 11 (bazic/alcalin)
Scala pH
| pH | Clasificare | Exemplu |
|---|---|---|
| 0–2 | Puternic acid | Acid de baterie, acid stomacal (1–2) |
| 3–4 | Acid | Oțet (2,4), suc de portocale (3,5) |
| 5–6 | Usor acid | Cafea neagră (5), apă de ploaie (5,6) |
| 7 | Neutru | Apă pură |
| 8–9 | Ușor de bază | Apa de mare (8), bicarbonat de sodiu (8.3) |
| 10–12 | De bază | Lapte de magnezie (10,5) |
| 13–14 | Puternic de bază | Înălbitor (12,5), soluție de curățare a scurgerilor (14) |
Calcularea [H⁺] din pH
Calcul invers - găsirea concentrației ionilor din pH:
[H⁺] = 10^(−pH)
Exemplu: pH = 4,5:
- [H⁺] = 10^(−4,5) = 3,16 × 10⁻⁵ mol/L
Relația dintre pH și pOH
În soluții apoase la 25°C:
pH + pOH = 14
pOH = −log₁₀[OH⁻]
Dacă cunoașteți concentrația ionilor de hidroxid în loc de ionii de hidrogen:
Exemplu: [OH⁻] = 1 × 10⁻³ M:
- pOH = −log(10⁻³) = 3
- pH = 14 − 3 = 11 (de bază)
Calcularea pH-ului acizilor puternici
Acizii tari (HCl, HNO₃, H₂SO₄) se disociază complet în apă:
[H⁺] = Concentration of acid (for monoprotic acids)
pH = −log[acid concentration]
Exemplu: 0,05 M HCI:
- [H⁺] = 0,05 M
- pH = −log(0,05) = 1,30
Pentru H₂SO₄ (diprotic): [H⁺] = 2 × [H₂SO₄]
Calcularea pH-ului acizilor slabi (folosind Ka)
Acizii slabi se disociază parțial. Utilizați constanta de disociere a acidului Ka:
[H⁺] = √(Ka × C)
pH = −log(√(Ka × C)) = ½ × (pKa − log C)
Unde C = concentrația inițială a acidului, Ka = constanta de disociere.
Exemplu: acid acetic 0,1 M (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
(Comparativ cu acidul puternic: 0,1 M HCl ar avea pH = 1,0 — mult mai acid)
Calcularea pH-ului bazelor puternice
Bazele puternice (NaOH, KOH) se disociază complet:
[OH⁻] = concentration of base
pOH = −log[OH⁻]
pH = 14 − pOH
Exemplu: 0,02 M NaOH:
- pOH = −log(0,02) = 1,70
- pH = 14 − 1,70 = 12,30
Soluții tampon
Un tampon rezistă la schimbarea pH-ului. Ecuația Henderson-Hasselbalch calculează pH-ul tampon:
pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
Unde [A⁻] = concentrația bazei conjugate, [HA] = concentrația de acid slab.
Exemplu: Acid acetic/tampon acetat, pKa = 4,74, concentrații egale:
- pH = 4,74 + log(1) = 4,74 + 0 = 4,74
Tampoanele funcționează cel mai bine în intervalul de ± 1 unitate de pH din pKa.
Aplicații practice
** pH-ul sângelui:** Menținut la 7,35–7,45 prin tamponare cu bicarbonat. Sub 7,35 = acidoză; peste 7,45 = alcaloză.
Piscine: pH optim 7,2–7,8. Sub 7,0 irită ochii și corodează echipamentul; peste 7,8 reduce eficacitatea clorului.
Phi-ul solului: Afectează disponibilitatea nutrienților. Majoritatea plantelor se dezvoltă la 6,0–7,0; afinele preferă 4,5–5,5.
Utilizați calculatorul nostru de logaritm pentru a calcula rapid valorile −log pentru calculele pH și pOH.