Mini-kurzus
pH, savak és bázisok
A pH a vizes oldat savasságának logaritmikus mérőszáma, amely híg oldatoknál közelítőleg a hidrogénion-aktivitás negatív tízes alapú logaritmusa. Egy pH-egység különbség körülbelül tízszeres H⁺-aktivitáskülönbséget jelent, ezért a skála nem lineáris.
Brønsted–Lowry szemlélet
Sav protondonor, bázis protonakceptor. HCl vízben protont ad át a H₂O-nak, H₃O⁺ és Cl⁻ keletkezik. Az NH₃ ezzel szemben protont vesz fel a víztől, NH₄⁺ és OH⁻ képződik. Egy reakcióban konjugált sav-bázis párok különböznek egymástól egy protonban.
Mit jelent a pH?
Egyszerű iskolai közelítésben pH=−log₁₀[H₃O⁺]. Ha [H₃O⁺]=1,0×10⁻³ mol/L, pH≈3. Valójában a termodinamikai definíció aktivitást használ, mert koncentráltabb oldatokban az ionok kölcsönhatásai miatt a koncentráció önmagában nem írja le pontosan a kémiai „hatásosságot”.
Vízionszorzat
25 °C-on híg vizes rendszerben K_w≈1,0×10⁻¹⁴, ezért pH+pOH≈14. Ez az összeg azonban hőmérsékletfüggő; a „semleges pH mindig pontosan 7” állítás csak meghatározott körülmények között igaz. Semlegesség azt jelenti, hogy a H₃O⁺ és OH⁻ aktivitása megegyezik.
Erős és gyenge nem ugyanaz, mint tömény és híg
Az „erős sav” azt jelenti, hogy a protonátadás vizes oldatban nagyon nagy mértékben megy végbe. A „tömény” koncentrációt jelent. Lehet híg erős sav és viszonylag tömény gyenge sav is. A két fogalom összekeverése gyakori forrása hibás pH-következtetéseknek.
Gyenge savak és Kₐ
HA + H₂O ⇌ H₃O⁺ + A⁻ esetén Kₐ az egyensúly helyzetét jellemzi. Nagyobb Kₐ erősebb savat, kisebb pKₐ=−logKₐ szintén erősebb savat jelent. Gyenge sav oldatában nem helyes egyszerűen az induló savkoncentrációt [H₃O⁺]-nak tekinteni; az egyensúlyt kell figyelembe venni.
Pufferek
Gyenge sav és konjugált bázisa együtt olyan oldatot alkothat, amely kis mennyiségű hozzáadott sav vagy bázis hatását mérsékli. A puffer nem „rögzíti” tökéletesen a pH-t: kapacitása véges, és akkor működik a legjobban, amikor a sav és konjugált bázis mennyisége összehasonlítható.
Gyakori hiba a logaritmussal
Ha a H₃O⁺-koncentráció tízszeresére nő, a pH egy egységgel csökken, nem tízszeresére változik. Két azonos térfogatú, különböző pH-jú oldat keverésénél ezért nem szabad a pH-kat egyszerű számtani átlagolni; előbb az anyagmennyiségeket és reakciókat kell kezelni.
Titrálási görbe
Sav-bázis titrálásnál a pH nem egyenletesen változik a hozzáadott térfogattal. Az ekvivalenciapont környezetében meredek szakasz jelenhet meg, de az ekvivalenciapont pH-ja nem minden esetben 7: gyenge sav–erős bázis titrálásánál például a konjugált bázis hidrolízise miatt lúgosabb lehet.
Próbáld ki
Mekkora a pH-ja annak az ideális híg oldatnak, amelyben [H₃O⁺]=2,5×10⁻⁴ mol/L?
Megoldás
pH=−log₁₀(2,5×10⁻⁴)≈3,60.