pH je miera kyslosti alebo zásaditosti roztoku. Pochopenie toho, ako to vypočítať z prvých princípov, je základom chémie, biológie, medicíny a environmentálnej vedy.
Vzorec pH
pH je definované ako záporný 10-základný logaritmus koncentrácie vodíkových iónov:
pH = −log₁₀[H⁺]
Kde [H⁺] je koncentrácia vodíkových iónov v móloch na liter (mol/l alebo M).
Príklad 1: [H⁺] = 0,001 M (10⁻³ M):
- pH = −log(0,001) = −(−3) = 3 (kyslé)
Príklad 2: [H⁺] = 1 × 10⁻⁷ M (čistá voda):
- pH = −log(10⁻⁷) = 7 (neutrálne)
Príklad 3: [H⁺] = 1 × 10⁻¹¹ M:
- pH = 11 (základné/alkalické)
Stupnica pH
| pH | Klasifikácia | Príklad |
|---|---|---|
| 0–2 | Silne kyslý | Kyselina z batérie, kyselina žalúdka (1–2) |
| 3–4 | Kyslé | Ocot (2,4), pomarančový džús (3,5) |
| 5–6 | Mierne kyslé | Čierna káva (5), dažďová voda (5,6) |
| 7 | Neutrálne | Čistá voda |
| 8–9 | Mierne zásadité | Morská voda (8), sóda bikarbóna (8,3) |
| 10-12 | Základné | magnéziové mlieko (10,5) |
| 13-14 | Silne základné | Bielidlo (12,5), čistič odtokov (14) |
Výpočet [H⁺] z pH
Opačný výpočet - zistenie koncentrácie iónov z pH:
[H⁺] = 10^(−pH)
Príklad: pH = 4,5:
- [H+] = 10^(-4,5) = 3,16 × 10⁻⁵ mol/l
Vzťah medzi pH a pOH
Vo vodných roztokoch pri 25 °C:
pH + pOH = 14
pOH = −log₁₀[OH⁻]
Ak poznáte koncentráciu hydroxidových iónov namiesto vodíkových iónov:
Príklad: [OH⁻] = 1 × 10⁻³ M:
- pOH = -log(10-3) = 3
- pH = 14 − 3 = 11 (základné)
Výpočet pH silných kyselín
Silné kyseliny (HCl, HNO₃, H₂SO₄) sa vo vode úplne disociujú:
[H⁺] = Concentration of acid (for monoprotic acids)
pH = −log[acid concentration]
Príklad: 0,05 M HCl:
- [H+] = 0,05 M
- pH = −log(0,05) = 1,30
Pre H2SO4 (diprotické): [H+] = 2 x [H2SO4]
Výpočet pH slabých kyselín (pomocou Ka)
Slabé kyseliny čiastočne disociujú. Použite kyslú disociačnú konštantu Ka:
[H⁺] = √(Ka × C)
pH = −log(√(Ka × C)) = ½ × (pKa − log C)
Kde C = počiatočná koncentrácia kyseliny, Ka = disociačná konštanta.
Príklad: 0,1 M kyselina octová (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
(V porovnaní so silnou kyselinou: 0,1 M HCl by mala pH = 1,0 – oveľa kyslejšie)
Výpočet pH silných zásad
Silné zásady (NaOH, KOH) úplne disociujú:
[OH⁻] = concentration of base
pOH = −log[OH⁻]
pH = 14 − pOH
Príklad: 0,02 M NaOH:
- pOH = -log(0,02) = 1,70
- pH = 14 − 1,70 = 12,30
Tlmiace roztoky
Pufer odoláva zmenám pH. Henderson-Hasselbalchova rovnica vypočítava pH pufra:
pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
Kde [A⁻] = koncentrácia konjugovanej bázy, [HA] = koncentrácia slabej kyseliny.
Príklad: Kyselina octová/acetátový pufor, pKa = 4,74, rovnaké koncentrácie:
- pH = 4,74 + log(1) = 4,74 + 0 = 4,74
Pufry fungujú najlepšie v rozmedzí ±1 pH jednotky pKa.
Praktické aplikácie
Ph krvi: Udržiavané na hodnote 7,35–7,45 pomocou bikarbonátového pufra. pod 7,35 = acidóza; nad 7,45 = alkalóza.
Bazény: Optimálne pH 7,2–7,8. Pod 7,0 dráždi oči a koroduje zariadenie; nad 7,8 znižuje účinnosť chlóru.
Ph pôdy: Ovplyvňuje dostupnosť živín. Väčšine rastlín sa darí pri 6,0–7,0; čučoriedky preferujú 4,5–5,5.
Použite našu logaritmickú kalkulačku na rýchly výpočet −log hodnôt pre výpočty pH a pOH.