Kalkulator pH: Konwersja stężenia jonów wodorowych na wartość pH online

Czym jest kalkulator wartości pH?

Kalkulator wartości pH przelicza stężenie jonów wodorowych na wartość pH. Wykorzystuje wzór pH = -log10([H+]), gdzie [H+] oznacza stężenie jonów wodorowych w roztworze, wyrażone w molach na litr (mol/L). Wynik umieszcza roztwór na skali pH, która zwykle rozciąga się od 0 do 14 i pokazuje, czy roztwór jest kwaśny, obojętny czy zasadowy.

Czym jest pH?

pH oznacza „potencjał wodoru”. Mierzy, ile jonów wodorowych jest rozpuszczonych w cieczy. Jon wodorowy to pojedynczy proton, zapisywany jako H+. Roztwór zawierający dużo jonów wodorowych jest kwaśny. Roztwór zawierający mało jonów wodorowych jest zasadowy, czyli alkaliczny. Czysta woda znajduje się pośrodku, przy pH 7, i jest nazywana obojętną.

Stężenie jonów wodorowych jest zwykle bardzo małą liczbą, taką jak 0,0001 mol/L lub 0,0000001 mol/L. Duński chemik Søren Sørensen wprowadził skalę pH w 1909 roku, aby chemicy mogli zapisywać te małe liczby jako proste, łatwe do opanowania wartości.

Wzór na pH

Wzór na pH ma postać:

pH = -log₁₀[H+]

• pH to wynik, zwykle liczba między 0 a 14.
• [H+] oznacza stężenie jonów wodorowych, wyrażone w molach na litr (mol/L).
• log₁₀ to logarytm o podstawie 10.

IUPAC definiuje pH na podstawie aktywności jonów wodorowych, a nie ich stężenia. Aktywność to efektywne stężenie po uwzględnieniu wzajemnego oddziaływania jonów. W rozcieńczonych roztworach obie wartości są zbliżone, a ten kalkulator wykorzystuje stężenie.

Znak minus odwraca wynik logarytmu, dlatego większa liczba jonów wodorowych oznacza niższe pH, a mniejsza ich liczba — wyższe pH. Zależność zawsze przebiega w przeciwnych kierunkach: większe [H+] oznacza niższe pH, a mniejsze [H+] — wyższe pH.

Ponieważ wzór zawiera logarytm, każdy pełny krok na skali pH oznacza dziesięciokrotną zmianę stężenia jonów wodorowych. Roztwór o pH 4 zawiera dziesięć razy więcej jonów wodorowych niż roztwór o pH 5 i sto razy więcej niż roztwór o pH 6.

Jak obliczyć pH na podstawie stężenia jonów wodorowych

1. Ustal stężenie jonów wodorowych w molach na litr (mol/L).
2. Oblicz logarytm o podstawie 10 z tej liczby.
3. Pomnóż wynik przez -1.

Stężenie musi być większe niż 0 mol/L. Logarytm z 0 jest nieokreślony, dlatego kalkulator wymaga podania liczby dodatniej zamiast zwracać wynik. Kalkulator otwiera się z wartością [H+] = 1 × 10⁻⁷ mol/L, właściwą dla czystej wody w temperaturze 25 °C, co daje pH 7,00.

Przykład 1

Stężenie jonów wodorowych w roztworze wynosi 1 × 10⁻⁴ mol/L.

pH = -log₁₀(1 × 10⁻⁴) = -(-4) = 4,00

Roztwór jest kwaśny, ponieważ jego pH jest niższe niż 7.

Przykład 2

Stężenie jonów wodorowych w roztworze wynosi 6,3 × 10⁻⁵ mol/L.

pH = -log₁₀(6,3 × 10⁻⁵) ≈ 4,20

Ten roztwór również jest kwaśny. Jest nieco mniej kwaśny niż roztwór o pH 4,00 przedstawiony powyżej, ponieważ zawiera mniej jonów wodorowych.

Skala pH: roztwory kwaśne, obojętne i zasadowe

• pH poniżej 7: roztwór kwaśny (więcej jonów wodorowych)
• pH równe 7: roztwór obojętny (czysta woda w temperaturze 25 °C)
• pH powyżej 7: roztwór zasadowy, czyli alkaliczny (mniej jonów wodorowych)

Skala jest zwykle przedstawiana od 0 do 14, choć nie ma ustalonej dolnej ani górnej granicy. Bardzo stężone kwasy mogą mieć wartości poniżej 0, a bardzo stężone zasady — powyżej 14.

Wyższa wartość pH zawsze oznacza niższe stężenie jonów wodorowych, a nie wyższe. Na przykład roztwór o pH 4,05 zawiera mniej jonów wodorowych, około 8,9 × 10⁻⁵ mol/L, niż roztwór o pH 4,00, który zawiera 1,0 × 10⁻⁴ mol/L. Ma to znaczenie podczas sprawdzania elektrody pH za pomocą buforu wzorcowego. Jeśli miernik wskazuje pH 4,05 zamiast oczekiwanego pH 4,00 buforu, rejestruje nieco mniej jonów wodorowych, niż rzeczywiście zawiera bufor, a elektroda może wymagać ponownej kalibracji.

Najczęściej zadawane pytania

Jak obliczyć pH na podstawie stężenia jonów wodorowych?

Oblicz logarytm o podstawie 10 ze stężenia jonów wodorowych w molach na litr, a następnie pomnóż wynik przez -1. Dla [H+] = 1 × 10⁻⁵ mol/L pH = -log₁₀(10⁻⁵) = 5,00.

Jaka jest różnica między pH a stężeniem jonów wodorowych?

Opisują tę samą właściwość w dwóch formach. [H+] to stężenie wyrażone w molach na litr (mol/L). pH jest jego ujemnym logarytmem o podstawie 10. Skala pH zamienia bardzo małe wartości stężenia na proste liczby, w przybliżeniu od 0 do 14.

Czy wyższe pH oznacza więcej czy mniej jonów wodorowych?

Mniej. Z powodu znaku minus we wzorze pH i stężenie jonów wodorowych zmieniają się w przeciwnych kierunkach. Wyższe pH zawsze odpowiada niższemu [H+], a niższe pH zawsze odpowiada wyższemu [H+].

Czy pH może być ujemne lub wyższe niż 14?

Tak, choć zdarza się to rzadko. Bardzo stężone kwasy mogą mieć pH poniżej 0, a bardzo stężone zasady — powyżej 14. Większość roztworów spotykanych na co dzień mieści się między 0 a 14.

Jakie pH ma czysta woda?

Czysta woda ma pH 7,00 w temperaturze 25 °C, a jej stężenie jonów wodorowych wynosi 1 × 10⁻⁷ mol/L. Jest to wartość definiowana jako obojętna, znajdująca się pośrodku między odczynem kwaśnym a zasadowym na standardowej skali.

Czy temperatura wpływa na obliczanie pH?

Wzór pH = -log₁₀[H+] nie zmienia się wraz z temperaturą. Jednak stężenie jonów wodorowych w obojętnej wodzie zmienia się wraz z temperaturą, dlatego wartość pH uznawana za obojętną nieznacznie odbiega od 7,00 w temperaturach innych niż 25 °C.