pH (рН) — какво е, формула и стойности на скалата

Научете всичко за pH: какво е, формула, скала 0–14, стойности и интерпретация. Прости обяснения, примери и как да измерите киселинност/алкалност.

pH е скала за киселинност, която обикновено се описва от 0 до 14. Тя показва колко киселинно или алкално е дадено вещество или разтвор. По-киселите разтвори имат по-ниско pH, по-алкалните — по-високо. Веществата, които не са нито кисели, нито алкални (т.е. неутрални разтвори), обикновено имат pH около 7. Киселините имат pH по-малко от 7, а алкалите — pH по-голямо от 7.

Какво точно измерва pH? pH е мярка за концентрацията на протони (H+) в разтвора. Понятието е въведено от С. П. Л. Сьоренсен през 1909 г. Буквата "p" произлиза от немската дума potenz (в превод — степен или показател), а "H" означава водороден йон (H+), т.е. измерва се „степента“ на водородните йони в разтвора.

Най-разпространената формула за изчисляване на pH е:

pH = - log 10 [ H + ] {\displaystyle {\mbox{pH}}=-\log _{10}\left[{\mbox{H}}^{+}\right]}

В израза [H+] означава концентрацията на H+ йони (често се пише и като [H3O+], равна на концентрацията на хидрониевите йони), измерена в молове на литър (моларитет). Тъй като логаритъмът е с основа 10, промяна от единица в pH отговаря приблизително на десеткратно изменение в концентрацията на H+.

Правилното уравнение обаче всъщност е:

pH = - log 10 [ a H + ] {\displaystyle {\mbox{pH}}=-\log _{10}\left[a_{\mathrm {H^{+}} }\right]}

където a H + {\displaystyle a_{\mathrm {H^{+}} }} показва активността на H+ йоните — реалната "ефективна" концентрация, която взема предвид взаимодействията между йоните в разтвора. В разреждени и идеализирани разтвори активността почти съвпада с моларната концентрация, затова в учебната химия често се използва по-простото изражение с [H+].

Примери за стойности на pH

• Силно киселинни разтвори: pH приблизително 0–2 (например 1 M HCl има pH ≈ 0).
• Слабо киселинни течности: pH ≈ 3–6 (например оцет — около pH 2.5–3).
• Неутрални: pH ≈ 7 (дистилирана вода при 25 °C има pH ≈ 7).
• Слабо алкални: pH ≈ 8–11 (например морската вода около pH 8).
• Силно алкални: pH ≈ 12–14 (например концентрирани разтвори NaOH).

Повечето вещества имат pH в диапазона от 0 до 14, въпреки че изключително киселинни или алкални вещества могат да имат pH < 0 или pH > 14 (това се получава при много високи концентрации на силни киселини или основания).

Измерване на pH

• Електронни pH-метри: измерват електроден потенциал и дават точна стойност; изискват калибрация и поддръжка на електрода.
• Индикатори и индикаторни хартии: цветни реактиви или хартиени ленти, удобни за бърза и приблизителна оценка (например лакмус).
• Химични индикатори: вещества, които променят цвета си при определени pH диапазони (напр. фенолфталеин).

Значение на pH

pH е важен в много области:

• В биологията: клетъчните процеси и ензимната активност са чувствителни към pH; кръвта на човека се поддържа около pH 7.35–7.45.
• В екологията: pH на почвите и водите влияе на живота на растенията и водните организми (например риба не понася силно кисели езера).
• В индустрията и дома: прането, почистването, хранителната обработка, фармацията и много технологични процеси изискват контрол на pH.
• В химията: реакциите на кислород/водород, корозията, разтворимостта на вещества и равновесието ионни равновесия зависят от pH.

Други важни бележки

• Логаритмична природа: промяна с 1 единица pH означава 10 пъти по-голяма или по-малка концентрация на H+.
• Температурна зависимост: стойността на pH и константата на йонизация на водата се променят с температурата; затова при прецизни измервания трябва да се посочва температурата.
• Буферни разтвори: смеси, които противодействат на големи промени в pH при прибавяне на киселина или основа; важни за биологичните системи и лабораторните условия.
• Алкални йони: алкалните разтвори имат вместо водородни йони по-висока концентрация на хидроксидни йони (OH-); връзката между [H+] и [OH-] в чиста вода при 25 °C е [H+][OH-] = 10^(-14).

Тази информация дава общ и практичен преглед на понятието pH, неговата физическа значимост, начини за измерване и приложения. За по-напреднали изчисления и лабораторни условия е важно да се има предвид активността на йоните, температурата и йонната сила на разтвора.

Някои често срещани стойности на pH

	pH
Батерийна киселина	0
Стомашна киселина	1.0
Лимонов сок	2.4
Кола	2.5
Кислородна вода	2.5 - 3.0
Оцет	3.0
Портокалов или ябълков сок	3.0
Бира	4.5
Кафе	5.0
Мляко	6.6
Чиста вода	7.0
Кръв	7.35 - 7.45
Обикновен шампоан	8.0
Морска вода	8.0
Постоянна вълна	8.5 - 9.2
Сапун за ръце	9.0 - 10.0
Боя за коса	9.5 - 10.5
Магия направо	11.5
Домакински амоняк	11.5
Избелване	12.3
Сода каустик	12.7
Домашна луга	13.5
Препарат за почистване на канали	14

Стойности на pH на някои често срещани вещества

Въпроси и отговори

В: Какво е рН?

Въпрос: Кой въвежда понятието pH?

В: Какво означава буквата "р" в "pH"?

В: Как се изчислява рН?

Въпрос: Какъв е диапазонът на повечето вещества в скалата за рН?

Търсене по буква