Inhalt
- Die Definition der pH-Skala
- Der Zweck der pH-Skala
- Beispiele für saure Substanzen
- Beispiele für alkalische Substanzen
- Säure und Alkali mischen
- So messen Sie den pH-Wert
Sie wissen vielleicht, dass der pH-Wert von reinem Wasser 7, der pH-Wert von Essig etwa 3 und der pH-Wert von Natriumhydroxid etwa 13 beträgt. Aber was bedeuten diese Zahlen tatsächlich? Auf einer Skala von 0 bis 14 erfahren Sie, wie sauer oder alkalisch eine wässrige (auf Wasser basierende) Lösung ist. Diese Skala wird als pH-Skala bezeichnet, wobei pH die Abkürzung für "Potenz von Wasserstoff" ist.
Die Definition der pH-Skala
Beim Eintauchen von Säuren und Laugen in Lösung setzen sie freie Ionen frei. In einer wässrigen Lösung setzt eine Säure positiven Wasserstoff frei (H+) Ionen, während ein Alkali negatives Hydroxid (OH-) Einsen. Das bedeutet, wenn eine Säure in Wasser gelöst wird, ändert sich das Gleichgewicht zwischen Wasserstoffionen und Hydroxidionen, was dazu führt, dass sich mehr Wasserstoffionen als Hydroxidionen in der Lösung befinden (eine saure Lösung). Das Gleichgewicht ändert sich auch, wenn ein Alkali in Wasser gelöst wird, aber in umgekehrter Weise. In diesem Fall enthält die Lösung mehr Hydroxidionen als Wasserstoffionen (eine alkalische Lösung).
Die pH-Skala misst, wie stark eine Säure oder Lauge ist. Wenn es der Mittelpunkt auf der Skala ist, wird es als neutral angesehen - die Konzentration der Wasserstoffionen entspricht der Konzentration der Hydroxidionen.
Die Definition des pH ist der negative logarithmische Wert der Wasserstoffionenkonzentration. Verantwortlich für diesen Begriff war der dänische Biochemiker Søren Peter Lauritz Sørensen, den er 1909 als Abkürzung für "power of hydrogen" schuf. "P" steht für das deutsche Wort für Potenz (potenz) und H ist das Elementsymbol für Wasserstoff.
Sørensen stellte die folgende Gleichung zur Berechnung des pH-Werts auf:
pH = -log
Log ist der Logarithmus zur Basis 10 und steht für die Wasserstoffionenkonzentration in Einheiten von Mol pro Liter Lösung.
Der Zweck der pH-Skala
Die pH-Skala reicht von 0 bis 14, wobei 7 ein neutraler pH-Wert ist, alles unter 7 sauer ist und alles über 7 alkalisch ist (manchmal als basisch bezeichnet). Die pH-Skala ist logarithmisch, dh jeder ganze Wert unter 7 ist 10-mal saurer als der höhere Wert, und jeder ganze Wert über 7 ist 10-mal weniger sauer als der niedrigere Wert. Beispielsweise ist ein pH-Wert von 2 10-mal saurer als ein pH-Wert von 3 und 100-mal saurer als ein pH-Wert von 4. Mit anderen Worten, je stärker die Säure, desto niedriger die pH-Zahl und desto stärker das Alkali höher der pH-Wert.
Kleine Änderungen des pH-Werts können große Auswirkungen haben. Beispielsweise ist saurer Regen, der im Allgemeinen einen pH-Wert von 4,2 bis 4,4 aufweist, mehr als 10-mal saurer als sauberer Regen, der normalerweise einen pH-Wert von 5,6 aufweist.
Eine Substanz mit einem pH-Wert von 1 bis 2 wird als starke Säure angesehen, während eine Substanz mit einem pH-Wert von 13 bis 14 ein starkes Alkali ist. Wenn eine Säure sehr stark ist, kann sie einen negativen pH-Wert haben, während sehr starke Basen einen pH-Wert von mehr als 14 haben können. Eine Substanz, die weder sauer noch alkalisch ist, wie reines Wasser, ist neutral. Menschliches Blut hat einen leicht über dem neutralen pH-Wert liegenden Wert von etwa 7,4.
Nur wässrige Lösungen haben einen pH-Wert, dh Chemikalien, einschließlich einiger Flüssigkeiten, haben keinen pH-Wert. Zum Beispiel haben reiner Alkohol, Pflanzenöl und Benzin keinen pH-Wert.
Beispiele für saure Substanzen
Saure Lösungen enthalten mehr Wasserstoffionen als alkalische oder neutrale Lösungen. Säuren schmecken auch sauer und reagieren sehr stark auf Metalle. Wenn sie konzentriert sind, können sie sehr ätzend sein. Einige übliche Säuren sind Orangensaft, Essig, Zitronen und Schwefelsäure.
Beispiele für alkalische Substanzen
Alkalische Lösungen enthalten weniger Wasserstoffionen als neutrale oder saure Lösungen oder Säuren. Die Basen fühlen sich normalerweise rutschig an und haben einen bitteren Geschmack. Starke Laugen können wie Säuren die Haut verbrennen. Einige übliche Basen sind Ammoniak, Lauge, Backpulver, Seifenwasser, Bleichmittel und Magnesia-Milch.
Säure und Alkali mischen
Wenn Sie gleiche Mengen einer starken Säure und einer starken Lauge mischen, heben sich die beiden Chemikalien im Wesentlichen gegenseitig auf, und das Ergebnis ist ein Salz und Wasser. Das Mischen der gleichen Mengen einer starken Säure und eines starken Alkalis ergibt auch eine neutrale pH-Lösung. Dies wird als Neutralisationsreaktion bezeichnet und sieht folgendermaßen aus:
HA + BOH → BA + H2O + Wärme
Beispielsweise ist die Reaktion zwischen der starken Säure HCl (Salzsäure) und dem starken Alkali NaOH (Natriumhydroxid):
HCl + NaOH → NaCl + H2O + Wärme
Diese Reaktion erzeugt Natriumchlorid (Tafelsalz). Wenn Sie mehr Säure als Alkali in der Reaktion hätten, würde nicht die gesamte Säure reagieren, so dass das Ergebnis Salz, Wasser und übrig gebliebene Säure wäre und die Lösung immer noch sauer wäre (mit einem pH-Wert unter 7). Wenn Sie jedoch mehr Alkali als Säure hätten, würde Alkali übrig bleiben, und die endgültige Lösung wäre immer noch alkalisch (mit einem pH-Wert von mehr als 7).
Da sich das Gemisch während der Reaktion erwärmt, ist die Neutralisation als exotherme Reaktion bekannt. Neutralisation wird für viele Dinge verwendet. Landwirte können Kalk (Kalziumoxid) verwenden, um saure Böden zu neutralisieren. Sie können Backpulver verwenden, das Natriumhydrogencarbonat enthält, um einen sauren Bienenstich zu neutralisieren.
Ähnliches passiert, wenn einer oder beide Reaktanten schwach sind. Eine schwache Säure oder Lauge dissoziiert nicht vollständig in Wasser, so dass am Ende der Reaktion möglicherweise Reaktanten übrig bleiben, die den pH-Wert beeinflussen. Es kann auch sein, dass kein Wasser erzeugt wird, da die meisten schwachen Alkalien keine Hydroxide sind, so dass kein OH vorhanden ist- notwendig, um Wasser zu machen.
So messen Sie den pH-Wert
Sie können den pH-Wert einer Lösung auf verschiedene Arten messen. Die einfachste Methode sind pH-Teststreifen aus Lackmuspapier. Dies ist Filterpapier, das mit Farbstoffen aus Flechten behandelt wurde. Dieses Papier ändert seine Farbe, wenn es mit einer Säure oder Lauge in Berührung kommt. In einer sauren Lösung färbt sich blaues Lackmuspapier rot und in einer alkalischen Lösung färbt sich rotes Lackmuspapier blau. (Wenn blaues Lackmuspapier in eine neutrale Lösung eingelegt wird, bleibt es erwartungsgemäß blau, und wenn rotes Lackmuspapier in eine neutrale Lösung eingelegt wird, bleibt es rot.)
Einige pH-Teststreifen enthalten Indikatorstreifen, deren Farbe sich je nach der Lösung ändert, der der Streifen ausgesetzt ist. Wenn Sie den Teststreifen einige Sekunden lang mit Ihrer Lösung (in einem sauberen Behälter) abdecken und dann entfernen, können Sie das Ende des Teststreifens mit der Farbkarte vergleichen, die Sie mit dem Papier erhalten haben, um den pH-Wert der Lösung zu bestimmen.
Eine andere Möglichkeit, den pH-Wert zu messen, erfordert eine Sonde und ein Messgerät. Bevor Sie diese Werkzeuge verwenden, müssen Sie das Messgerät kalibrieren, indem Sie es in einer Substanz mit einem bekannten pH-Wert (z. B. destilliertem Wasser mit einem pH-Wert von 7) testen. Nachdem Sie alle erforderlichen Einstellungen am Messgerät vorgenommen und die Sonde und das Messgerät gespült und getrocknet haben, können Sie Ihren pH-Test an Ihrer flüssigen Probe in einem sauberen Behälter durchführen, der tief genug ist, um die Sondenspitze vollständig abzudecken. Überprüfen Sie die Temperatur der Probe mit einem Thermometer und stellen Sie sicher, dass das Messgerät mit dieser Temperatur übereinstimmt. Legen Sie die Sonde in Ihre Probe und warten Sie, bis die Messung konstant ist (dies bedeutet, dass das Messgerät das Gleichgewicht erreicht hat), bevor Sie den pH-Wert aufzeichnen.