Gemsweekly #2 Sur

Jeg fortsetter med litt belæring i årets Gems of my life utfordring. Årets andre ord er SUR. Takker Susanne for at hun fortsatte denne utfordringen i 2020 også.

pH er et mål på hvor sur en (vannløsning) væske er. Surheten er bestemt av konsentrasjonen av hydrogenioner, altså H+-ioner, i løsningen.

Hvis konsentrasjonen av H+-ioner i en løsning er 0,01 mol per liter, er pH i løsningen 2,0. Sammenhengen er at tallet 0,01 kan skrives som potensen 10–2.

Løsningen er sur når pH ligger mellom 1 og 7.

Løsningen er basisk når pH ligger mellom 7 og 14.

Løsningen er nøytral når pH er lik 7.

Den enkleste måten å måle pH på er å bruke et pH-papir. Et pH-papir er en strimmel papir innsatt med forskjellige fargestoffer. pH-skalaen går fra 1 til 14, og med pH-papiret følger en skala som viser hvilken pH en bestemt farge angir.

Om du vil teste selv får du kjøpt slikt papir HER, men det var overraskende dyrt synes jeg.

Til en bit av pH-papiret i figuren setter man en dråpe av løsningen, og så sammenligner man fargen i flekken etter dråpen med fargene på forsiden av boksen. Papiret egner seg ikke til å bestemme pH i løsninger med pH mellom 6 og 8, for da er antall ioner i løsningen så liten at stoffene i papiret forstyrrer.

pH varierer med temperaturen. For å få sammenlignbare data, bør pH måles ved 25 o C. Et alternativ til pH-papir er å tilsette en pH-indikator til løsningen. Mer nøyaktige pH-verdier bestemmes med et pH-meter.

pH er bestemt av konsentrasjonen av oksoniumioner [H3O+] i en løsning. Det spesielle med pH er at når pH øker skyldes det at konsentrasjonen av oksoniumioner i løsningen avtar. Når pH = 1,0, er konsentrasjonen av oksoniumioner 0,10 mol/L. Når pH = 2,0, er konsentrasjonen av oksoniumioner 0,010 mol/L, altså bare en tidel av hva den var da pH var lik 1,0. [H3O+] er lik konsentrasjonen av oksoniumioner i løsningen målt i mol/L.

pH = –log[H3O+]

Omvendt er

[H3O+] = 10-pH mol/L

Grunnen til at man innførte pH, som er en logaritmisk størrelse, er at konsentrasjonen av oksoniumioner varierer mange størrelsesordener. Det er mye enklere å si at pH = 4,49 i en løsning enn at konsentrasjonen av H3O+-ioner er 0,0000323 mol/L.

Likevekt

I løsninger i vann gjelder alltid følgende likevekt:

H3O+(aq) + OH-(aq) ↔ 2H2O(l)

Fra Guldberg og Waages lov følger dette likevektsuttrykket:

[H3O+] · [OH–] = K

Ved 25 oC er K = 1,0 · 10−14

Denne ligningen betyr at hvis vi starter med en sur løsning, og setter til en base, vil konsentrasjonen av oksoniumioner avta og konsentrasjonen av hydroksidioner øke. Når pH = 7, er konsentrasjonen av hydroksidioner lik konsentrasjonen av oksoniumioner (og bare 0,00000007 mol/L). Når pH er større enn 7, er det flere hydroksidioner enn oksoniumioner i løsningen.

Tar vi logaritmen til likevektsuttrykket, får vi:

pH + pOH = 14,0 ved 25 oC

Her er pOH = –log[OH-]

pH ble innført av den danske kjemikeren Søren Peter Lauritz Sørensen i 1909 da han var leder for den kjemiske avdeling ved Carlsberg Laboratorium i København.

Den gang var regning med logaritmer alminnelig, så logaritmeregning var allmennkunnskap. I dag har logaritmeregning gått i glemmeboken, og pH ville neppe ha blitt innført i dag. I stedet ville man ha brukt dekadiske forstavelser (SI-prefikser). Da kan 0,0000323 mol/L skrives 32,3 μmol/L (mikromol per liter).