pH-laskuri: Muunna H+-pitoisuus pH-arvoksi verkossa

Mikä on pH-arvolaskin?

pH-arvolaskin muuntaa vetyionipitoisuuden pH-arvoksi. Se käyttää kaavaa pH = -log10([H+]), jossa [H+] on liuoksen vetyionipitoisuus ilmoitettuna mooleina litrassa (mol/l). Tulos sijoittaa liuoksen pH-asteikolle, joka ulottuu yleensä 0:sta 14:ään ja osoittaa, onko liuos hapan, neutraali vai emäksinen.

Mikä on pH?

pH tarkoittaa vedyn potentiaalia. Se mittaa, kuinka paljon vetyioneja on liuennut nesteeseen. Vetyioni on yksittäinen protoni, joka merkitään H+:lla. Liuos, jossa on paljon vetyioneja, on hapan. Liuos, jossa on vähän vetyioneja, on emäksinen eli alkalinen. Puhdas vesi on asteikon keskellä pH-arvossa 7, ja sitä kutsutaan neutraaliksi.

Vetyionipitoisuus on yleensä hyvin pieni luku, esimerkiksi 0,0001 mol/L tai 0,0000001 mol/L. Tanskalainen kemisti Søren Sørensen otti pH-asteikon käyttöön vuonna 1909, jotta kemistit voisivat sen sijaan esittää nämä pienet luvut yksinkertaisina ja helposti käsiteltävinä arvoina.

pH-kaava

pH:n kaava on:

pH = -log₁₀[H+]

• pH on tulos, yleensä luku 0:n ja 14:n välillä.
• [H+] on vetyionipitoisuus mooleina litrassa (mol/l).
• log₁₀ on 10-kantainen logaritmi.

IUPAC määrittelee pH:n vetyioniaktiivisuuden eikä pitoisuuden perusteella. Aktiivisuus on tehollinen pitoisuus, joka saadaan, kun ionit vaikuttavat toisiinsa. Laimeissa liuoksissa nämä kaksi arvoa ovat lähellä toisiaan, ja tämä laskin käyttää pitoisuutta.

Miinusmerkki kääntää logaritmin suunnan, joten suurempi vetyionipitoisuus merkitsee pienempää pH-arvoa ja pienempi vetyionipitoisuus suurempaa pH-arvoa. Riippuvuus on aina vastakkainen: suurempi [H+] tarkoittaa pienempää pH-arvoa ja pienempi [H+] suurempaa pH-arvoa.

Koska kaava on logaritminen, jokainen kokonainen askel pH-asteikolla merkitsee vetyionipitoisuuden kymmenkertaista muutosta. Liuoksessa, jonka pH on 4, on kymmenen kertaa enemmän vetyioneja kuin liuoksessa, jonka pH on 5, ja sata kertaa enemmän kuin liuoksessa, jonka pH on 6.

pH:n laskeminen vetyionipitoisuudesta

1. Selvitä vetyionipitoisuus yksikössä mol/l.
2. Laske kyseisen luvun 10-kantainen logaritmi.
3. Kerro tulos luvulla -1.

Pitoisuuden on oltava suurempi kuin 0 mol/L. Luvun 0 logaritmia ei ole määritelty, joten laskin pyytää positiivista lukua tuloksen antamisen sijaan. Laskin avautuu arvolla [H+] = 1 × 10⁻⁷ mol/L, joka on puhtaan veden arvo lämpötilassa 25 °C ja antaa pH-arvoksi 7,00.

Esimerkki 1

Liuoksen vetyionipitoisuus on 1 × 10⁻⁴ mol/L.

pH = -log₁₀(1 × 10⁻⁴) = -(-4) = 4,00

Liuos on hapan, koska sen pH on alle 7:n.

Esimerkki 2

Liuoksen vetyionipitoisuus on 6,3 × 10⁻⁵ mol/L.

pH = -log₁₀(6,3 × 10⁻⁵) ≈ 4,20

Tämäkin liuos on hapan. Se on hieman vähemmän hapan kuin edellä käsitelty liuos, jonka pH on 4,00, koska siinä on vähemmän vetyioneja.

pH-asteikko: hapan, neutraali ja emäksinen

• pH alle 7: hapan liuos (enemmän vetyioneja)
• pH yhtä suuri kuin 7: neutraali liuos (puhdas vesi lämpötilassa 25 °C)
• pH yli 7: emäksinen eli alkalinen liuos (vähemmän vetyioneja)

Asteikko esitetään yleensä välillä 0–14, vaikka sillä ei ole kiinteää ala- tai ylärajaa. Hyvin väkevien happojen pH voi olla alle 0 ja hyvin väkevien emästen yli 14.

Suurempi pH-luku tarkoittaa aina pienempää vetyionipitoisuutta, ei suurempaa. Esimerkiksi liuoksessa, jonka pH on 4,05, on vähemmän vetyioneja, noin 8,9 × 10⁻⁵ mol/L, kuin liuoksessa, jonka pH on 4,00 ja jossa pitoisuus on 1,0 × 10⁻⁴ mol/L. Tämä on tärkeää, kun pH-elektrodia tarkistetaan vertailupuskuria vasten. Jos mittari näyttää puskuriarvoksi pH 4,05 odotetun pH-arvon 4,00 sijaan, se rekisteröi hieman vähemmän vetyioneja kuin puskurissa todellisuudessa on, ja elektrodi voi tarvita uudelleenkalibroinnin.

Usein kysyttyä

Miten pH lasketaan vetyionipitoisuudesta?

Laske mol/l-yksiköissä ilmoitetun vetyionipitoisuuden 10-kantainen logaritmi ja kerro tulos luvulla -1. Kun [H+] = 1 × 10⁻⁵ mol/L, pH = -log₁₀(10⁻⁵) = 5,00.

Mikä ero on pH:n ja vetyionipitoisuuden välillä?

Ne kuvaavat samaa ominaisuutta kahdella eri tavalla. [H+] on pitoisuus, jonka yksikkö on mol/l. pH on sen negatiivinen 10-kantainen logaritmi. pH-asteikko muuttaa hyvin pienet pitoisuusluvut yksinkertaisiksi arvoiksi, jotka ovat suunnilleen välillä 0–14.

Tarkoittaako suurempi pH-arvo suurempaa vai pienempää vetyionimäärää?

Vähemmän. Kaavan miinusmerkin vuoksi pH ja vetyionipitoisuus muuttuvat vastakkaisiin suuntiin. Suurempi pH vastaa aina pienempää [H+]-arvoa ja pienempi pH suurempaa [H+]-arvoa.

Voiko pH olla negatiivinen tai suurempi kuin 14?

Kyllä, vaikka se on harvinaista. Hyvin väkevien happojen pH voi olla alle 0 ja hyvin väkevien emästen pH yli 14. Useimpien arkisten liuosten pH on välillä 0–14.

Mikä on puhtaan veden pH?

Puhtaan veden pH on 7,00 lämpötilassa 25 °C, ja sen vetyionipitoisuus on 1 × 10⁻⁷ mol/L. Tämä määritellään neutraaliksi, happaman ja emäksisen puoliväliksi standardiasteikolla.

Vaikuttaako lämpötila pH-laskentaan?

Kaava pH = -log₁₀[H+] ei muutu lämpötilan mukaan. Neutraalin veden vetyionipitoisuus kuitenkin muuttuu lämpötilan mukana, joten neutraalina pidettävä pH-arvo poikkeaa hieman arvosta 7,00 muissa lämpötiloissa kuin 25 °C.