7.3 pH-skalaen
Citronsaft er surere end appelsinjuice, og afløbsrens er mere basisk end sæbevand. Med pH-skalaen kan man sætte tal på, hvor sur eller basisk en opløsning er.
Sur, neutral og basisk
Vand er en amfolyt, og derfor kan to vandmolekyler reagere med hinanden. Det ene afgiver en hydron til det andet:
H2O(l) + H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + OH−(aq)
Det sker kun for ganske få molekyler. I rent vand er der derfor altid nogle få oxoniumioner og lige så mange hydroxidioner.
Opløses en syre i vandet, kommer der flere oxoniumioner, og opløses en base, kommer der flere hydroxidioner. Det er forholdet mellem de to slags ioner, der afgør, om opløsningen er sur eller basisk.
| Opløsningen er | Der er | pH |
|---|---|---|
| sur | flest oxoniumioner | under 7 |
| neutral | lige mange af hver | 7 |
| basisk | flest hydroxidioner | over 7 |
pH-skalaen
pH er et tal, der fortæller, hvor høj koncentrationen af oxoniumioner er. Jo flere oxoniumioner, jo lavere er pH. I naturen og i hverdagen ligger pH næsten altid mellem 0 og 14.
Læg mærke til, at skalaen vender omvendt af, hvad man måske venter: En lav pH betyder meget syre.
pH-skalaen har ikke noget fast start og slut. En meget koncentreret syre har en pH under 0, og en meget koncentreret base har en pH over 14. I laboratoriet findes der saltsyre med koncentrationen 10 M. Den har en pH omkring −1. En opløsning af natriumhydroxid med koncentrationen 10 M har en pH omkring 15.
De mest koncentrerede syrer og baser kommer endnu lidt længere ud. I praksis går pH fra lidt under −1 til over 15.
Ét trin er ti gange
pH-skalaen er ikke en almindelig skala, hvor hvert trin er lige stort. Hver gang pH falder med 1, bliver koncentrationen af oxoniumioner 10 gange større.
| pH | [H3O+] som decimaltal | [H3O+] som tierpotens |
|---|---|---|
| −1 | 10 M | 101 M |
| 0 | 1 M | 100 M |
| 1 | 0,1 M | 10−1 M |
| 2 | 0,01 M | 10−2 M |
| 3 | 0,001 M | 10−3 M |
| 7 | 0,0000001 M | 10−7 M |
| 14 | 0,00000000000001 M | 10−14 M |
| 15 | 0,000000000000001 M | 10−15 M |
De kantede parenteser betyder den aktuelle koncentration, som du lærte i afsnit 5.2. Sammenhængen ses tydeligst i den sidste kolonne: pH er det tal, der står oppe i tierpotensen, med modsat fortegn. Derfor er pH −1, når koncentrationen er 10 M.
Hvert trin er 10 gange, så to trin på skalaen er 100 gange, og tre trin er 1000 gange. En opløsning med pH 2 har altså 1000 gange så mange oxoniumioner som en opløsning med pH 5.
Fortynding
Fortyndes en sur opløsning 10 gange med vand, bliver koncentrationen af oxoniumioner 10 gange mindre, og pH stiger med 1. Fortyndes den 10 gange mere, stiger pH med 1 igen.
En syre kan dog aldrig blive basisk af at blive fortyndet. Jo mere vand der kommer i, jo mere ligner opløsningen rent vand, og pH nærmer sig 7 uden at komme over. På samme måde nærmer en basisk opløsning sig pH 7 oppefra, når den fortyndes.
Sådan måles pH
En syre/base-indikator er et farvestof, der har én farve i en sur opløsning og en anden farve i en basisk opløsning. I afsnit 5.3 mødte du en indikator, der viste, hvornår en titrering var færdig. Hver indikator skifter farve ved sin egen pH.
- Lakmus er rød i syre og blå i base.
- Bromthymolblåt, som ofte kaldes BTB, er gul i syre, grøn omkring pH 7 og blå i base.
- Phenolphthalein er farveløs i sure og neutrale opløsninger og lyserød i basiske. I meget basiske opløsninger med pH over 13 bliver den farveløs igen, og i meget sure opløsninger med pH under 0 bliver den rød. Den bruges til titreringer, som du kan læse om i afsnit 7.5.
- Rødkålssaft indeholder et naturligt farvestof, der skifter farve mange gange hen over skalaen.
Universalindikatorpapir er papir med en blanding af flere indikatorer. Papiret dyppes i opløsningen, og farven sammenlignes med en farveskala på pakken, hvilket giver pH som et helt tal.
Et pH-meter måler mere præcist. Det har en elektrode, som holdes ned i opløsningen, og pH kan aflæses med en eller to decimaler. I meget koncentrerede syrer og baser måler et pH-meter dog dårligt. Det er en af grundene til, at mange pH-skalaer kun går fra 0 til 14, selv om pH godt kan være både lavere og højere.
pH i kroppen og i naturen
- Mavesyre er fortyndet saltsyre med en pH mellem 1 og 2. Syren dræber bakterier og hjælper med at nedbryde maden.
- Blod har en pH på 7,4. Kroppen holder værdien meget konstant, og selv små ændringer er farlige.
- Tænder tager skade af syre. Emaljen begynder at gå i opløsning, når pH i munden kommer under omkring 5,5.
- Regnvand har en pH omkring 5,6, selv når luften er ren, fordi carbondioxid fra luften opløses i vandet og danner kulsyre.
Prøv selv: pH-skalaen: placer stoffer fra hverdagen på skalaen.