Mi az a pH? pH-skála, definíció és kiszámítás (képletek)

Mi az a pH? pH-skála, definíció és képletek — gyors, érthető magyarázat a savas-lúgos skáláról, pH-számításról és alapképletekről.

Mi az a pH? A pH egy 0-tól 14-ig terjedő savassági skála. Megmutatja, hogy egy anyag mennyire savas vagy lúgos. A savasabb oldatok pH-ja alacsonyabb, a lúgosabb oldatoké magasabb. A semleges oldatok pH-ja általában 7. A savak pH-ja 7-nél kisebb, míg a lúgok pH-ja 7-nél nagyobb.

A pH az oldatban lévő protonok (H+) koncentrációjának mérőszáma. S.P.L. Sørensen 1909-ben vezette be ezt a fogalmat. A p a német potenz, azaz hatvány vagy mérték (gyakran a negatív logaritmust jelöli), a H pedig a hidrogéniont (H+) jelenti.

Hogyan számoljuk ki a pH-t?

A legegyszerűbb és leggyakrabban használt képlet:

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

A [H+] a H+-ionok koncentrációját jelöli (más néven [H3O+], a hidróniumionok azonos koncentrációját), literenként mólban mérve (molaritás). Példa: ha [H+] = 1·10^-3 mol·L^-1, akkor pH = −log10(1·10^-3) = 3.

A helyesebb, kémiailag pontosabb forma azonban az ionok aktivitását használja:

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

ahol a H + {\displaystyle a_{\mathrm {H^{+}} }} a H+ ionok aktivitását jelzi. Az aktivitás röviden a valódi "reakcióképes" koncentrációt tükrözi, és az ionok közötti kölcsönhatások (pl. ionerősség) miatt eltérhet a tömegszerű koncentrációtól. Bevezető szintű kémiai számításokban gyakran a koncentrációt használják, mert a különbség kis ionerősségű vizes oldatokban általában kicsi.

pH tartományok, példák és extrém értékek

A legtöbb anyag pH-ja 0 és 14 között van, azonban rendkívül savas vagy lúgos oldatok pH-ja lehet < 0 vagy > 14 is. Példák:

• Desztillált víz (25 °C-on): pH ≈ 7 (neutrális).
• Gyomorsav: pH ≈ 1–2.
• Szappanos víz vagy pH-értékű háztartási lúgok: pH ≈ 9–12.
• Vér: pH ≈ 7,35–7,45 (szigorúan szabályozott biológiai érték).
• 1 M HCl: [H+] ≈ 1 mol·L^-1 → pH ≈ 0.
• Nagy koncentrációjú erős savak vagy lúgok: például koncentrált savak esetén előfordulhat pH < 0; nagyon koncentrált lúgoknál pH > 14.

pOH, Kw és a kapcsolat pH-val

A pOH analóg módon a hidroxidion-koncentráció negatív logaritmusa:

pOH = -log10[OH-]

25 °C-on a víz ionizációs egyensúlya (iontermék): Kw = [H+][OH-] = 1,0·10^-14, ezért általánosan:

pH + pOH = 14 (25 °C).

Példa: ha [OH-] = 0,1 mol·L^-1 → pOH = 1 → pH = 14 − 1 = 13.

Megjegyzés: Kw és így a 14-es összefüggés hőmérsékletfüggő; eltérő hőmérsékleten a sum pH+pOH nem feltétlenül 14.

Mérés és indikáció

• pH-mérő (üvegelektróda): a legpontosabb módszer laboratóriumban. Kalibrálni kell standard pufferoldatokkal (tipikusan pH 4, 7 és/vagy 10).
• pH-papír / indikátorok: egyszerű és gyors, de kevésbé pontos. Univerzális indikátor színskálával közelítő pH-értéket ad.
• Színindikátorok: egyes indikátorok csak bizonyos pH-tartományokban váltanak színt (pl. fenolftalein, metilnarancs).

Aktivitás vs. koncentráció

Gyakorlati mérésekben és sok egyszerű számításnál [H+] koncentrációt használunk, de kémiai precizitás esetén az aktivitás (a_H+ = γ·[H+], ahol γ az aktivitási együttható) a mérvadó. Az aktivitási együttható függ az oldat ionerősségétől; nagy ionerősségű (tömény) oldatoknál a különbség jelentős lehet. A pontos számításokhoz vagy mérésekhez gyakran szükséges az aktivitás figyelembevétele.

Gyakorlati számítási példák

• Ha [H+] = 1·10^-6 M, akkor pH = −log10(1·10^-6) = 6.
• Ha 0,01 M (1·10^-2 M) erős sav van, [H+] ≈ 1·10^-2, pH ≈ 2.
• Ha [OH-] = 1·10^-3 M → pOH = 3, így pH ≈ 14 − 3 = 11 (25 °C esetén).

Fontos megjegyzések és biztonság

• Erős savak és lúgok kezelésekor mindig tarts be biztonsági előírásokat (védőruha, szemvédelem, szellőzés).
• Biológiai rendszerek (pl. emberi vér) kismértékű pH-változást sem tolerálnak; ezért az élő szervezetekben gyakran működnek puffer rendszerek.
• A pH hőmérsékletfüggő lehet: hőmérsékletváltozás hatással van a víz ionizációjára és így a pH-értékekre is.

Röviden: a pH egy logaritmikus skála, amely a hidrogénionok koncentrációjának (illetve pontosabban aktivitásának) negatív logaritmusát adja meg. Egyszerűen használható a savasság/lúgosság összehasonlítására, de a pontosabb értelmezéshez ismernünk kell az oldat tulajdonságait (koncentráció, ionerősség, hőmérséklet) és a mérések pontosságát.

Néhány gyakori pH-érték

	pH
Akkumulátorsav	0
Gyomorsav	1.0
Citromlé	2.4
Cola	2.5
Oxigéndús víz	2.5 - 3.0
Ecet	3.0
Narancs- vagy almalé	3.0
Sör	4.5
Kávé	5.0
Tej	6.6
Tiszta víz	7.0
Vér	7.35 - 7.45
Sima sampon	8.0
Tengeri víz	8.0
Állandó hullám	8.5 - 9.2
Kéziszappan	9.0 - 10.0
Hajfesték	9.5 - 10.5
Mágikus egyenes	11.5
Háztartási ammónia	11.5
Bleach	12.3
Szódabikarbóna	12.7
Háztartási lúg	13.5
Lefolyótisztító	14

Néhány gyakori anyag pH-értékei

Kérdések és válaszok

K: Mi a pH?

K: Ki vezette be a pH fogalmát?

K: Mit jelent a "p" a "pH"-ban?

K: Hogyan kell kiszámítani a pH-t?

K: Milyen tartományban mozog a legtöbb anyag a pH-skálán?

Keresés betűvel