pH izračuni in pH indikatorji

pH indikator označuje koncentracijo oksonijevih ionov v dani raztopini. To je merilo, ki nam pomaga opredeliti, ali je naša vodna raztopina:

A predno pH merilo natančneje opredelimo, najprej spoznajmo obnašanje vode. Že v gradivu Protolitske reakcije smo opazili, da lahko voda protone tako oddaja kot tudi prejema.

Čista, destilirana, voda je slab elektrolit, ker je koncentracija ionov v čisti vodi izredno majhna. Le majhen delež molekul vode disociira na:

Reakcija, ki poteče, je sledeča:

Shema reakcije prikazuje, kako:

Reakcijo, pri kateri ena molekula vode odda drugi proton, imenujemo avtoprotoliza vode. Koncentracija oksonijevih in hidroksidnih ionov je enaka:

To je razumljivo, saj toliko molekul kot odda svoj proton, toliko molekul oddani proton tudi sprejme.

Ker je avtoprotoliza vode ravnotežna reakcija, lahko zanjo zapišemo konstanto:

Ker ima voda konstantno koncentracijo, lahko z njo pomnožimo enačbo in dobimo ionski produkt vode:

Ionski produkt vode povezuje koncentracijo in ionov v vseh vodnih raztopinah. Pri tem je nepomembno, kakšna je vodna raztopina (bazična, kisla ali nevtralna); ionski produkt vode je v vsaki vodni raztopini enak.

Raztopine so mešanica ionov posameznih ionskih spojin in vode. Zaradi vplivov spojin, ki so dodane v vodo, se koncentracije oksonijevih in hidroksidnih ionov v različnih vodnih raztopinah spreminjajo. Glede na to, kateri izmed ionov prevladuje, lahko opredelimo kislost ali bazičnost dane raztopine. Velja:

V čisti vodi je koncentracija obeh ionov enaka, zato je voda nevtralna. Iz ionskega produkta vode lahko izračunamo dejansko koncentracijo posameznih ionov.

Ko govorimo o nevtralnih raztopinah, imamo v mislih, da sta koncentraciji ionov enaki in znašata . Pri kislinah prevladujejo oksonijevi ioni, posledično imajo kisle raztopine sledeče koncentracije:

Poglejmo si na praktičnem primeru trditvi o koncentracijah.

Tudi pri raztopinah šibkih kislin prevladujejo oksonijevi ioni, vendar pa njihova koncentracija ni enaka koncentraciji kisline. Šibke kisline le delno disociirajo na oksonijeve ione in kislinski preostanek. Koncentracijo oksonijevih ionov lahko določimo samo, če poznamo konstanto kisline .

Poglejmo na praktičnem primeru, kako pridemo do enačbe za koncentracijo oksonijevih ionov za šibko kislino.

Podoben princip, kot velja za kisline, velja tudi za baze. Če v nevtralnih raztopinah sta koncentraciji ionov enaki,za baze velja, da prevladujejo hidroksidni ioni. Koncentracije posameznih ionov v alkalnih raztopinah so:

Poglejmo si na praktičnem primeru trditvi o koncentracijah.

Tudi pri šibkih bazah velja, da koncentracija hidroksidnih ionov ni enaka koncentraciji baze, ker le-ta delno disociira na hidroksidne ione in bazni preostanek. Tudi v tem primeru koncentracijo hidroksidnih ionov lahko izračunamo, če poznamo konstanto baze .

Poglejmo na praktičnem primeru, kako pridemo do enačbe za koncentracijo oksonijevih ionov za šibko kislino.

Vse vrednosti pH posameznih raztopin so združene v pH lestvico z merilom od 0 pa do 14. pH lestvica je dejansko merilo koncentracije oksonijevih ionov in sicer velja: čim višja je koncentracija le-teh, tem manjši je pH raztopine.

Na tej lestvici imamo tri območja:

Na pH vrednost vpliva:

To so snovi, ki spremenijo barvo glede na kislost ali bazičnost raztopin. Največkrat uporabljeni pH indikatorji so:

Barva pH indikatorjev se postopno spreminja ter s tem nakazuje kislost ali bazičnost. Pri skrajnih pH vrednostih velja:

S pomočjo barvnih indikatorjev določimo kislost ali bazičnost raztopin le v grobem. Za natančnejše meritve se uporablja pH metre. To so naprave, ki merijo aktivnost oksonijevih ionov v raztopini.

Če poznamo koncentracijo oksonijevih ionov v raztopini, lahko pH tudi izračunamo.

Poglejmo si primer računanja pH števila za vodno raztopino klorovodikove kisline.

Podobno velja v primeru baz. Če poznamo koncentracijo hidroksidnih ionov, lahko izračunamo pOH.

pH in pOH sta tesno povezana: če poznamo enega, poznamo tudi drugega. Enačba, ki povezuje pH in pOH, je izpeljana iz ionskega produkta vode. Na tem mestu njene izpeljave ne bomo navajali, zapišimo le ugotovitev:

Vemo, da iz koncentracije oksonijevih ionov lahko izračunamo pH, iz hidroksidnih pa pOH. Postopek pa lahko tudi obrnemo: če poznamo pH ali pOH, lahko izračunamo koncentracijo ionov, iz njih pa sklepamo na koncentracijo kisline ali baze.