encyklopedia.run.place

pH

pH (z języka niemieckiego potenz hydrogenii, czyli „potencjał jonowy wodoru”) – miara kwasowości lub zasadowości roztworu wodnego, wyrażana w jednostkach logarytmicznych. Skala pH jest powszechnie stosowana w chemii, biologii, geologii oraz w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym.

Definicja

pH definiuje się jako ujemny logarytm dziesiętny aktywności jonów wodorowych (H⁺) w roztworze:

pH = -log₁₀ a_{H⁺}

W praktyce, przy niskich stężeniach, aktywność a_{H⁺} zastępowana jest przez molarne stężenie [H⁺] (mol·dm⁻³).

Historia

W 1906 roku duński chemik Søren Peter Lauritz Sørensen wprowadził termin pH w publikacji poświęconej badaniom kwasowości roztworów. Jego praca umożliwiła standaryzację pomiarów kwasowości, co przyczyniło się do rozwoju elektrochemii i analityki chemicznej.

Skala pH

Skala pH jest logarytmiczna i rozciąga się od 0 do 14 w warunkach wody czystej w temperaturze 25 °C. Wartości poniżej 7 oznaczają roztwory kwasowe, powyżej 7 – roztwory zasadowe. Woda czysta ma pH≈7.

Metody pomiaru

  • Elektroda szklana – najczęściej stosowana metoda w laboratoriach i w przemyśle.
  • Indykatory kolorowe – np. fenoloftaleina, bromotymolowy niebieski.
  • Metoda potencjometryczna – pomiar napięcia między elektrodą wskaźnikową a odniesieniową przy użyciu potencjometru.
  • Metoda spektrofotometryczna – wykorzystuje absorpcję światła przez barwniki pH‑czułe.

Zastosowania

pH jest krytycznym parametrem w wielu dziedzinach:

  • Rolnictwo – kontrola kwasowości gleby (np. w kwasie ziemnym).
  • Medycyna – ustalanie pH krwi i moczu (norma krwi: pH 7,35–7,45).
  • Technologia – monitorowanie pH w procesach przemysłowych, np. w produkcji papieru lub styczenia aluminium.
  • Ekologia – ocena jakości wód powierzchniowych i wód gruntowych.
  • Spożycie – kontrola kwasowości w przetworach, napojach i pieczeniu.

Czynniki wpływające na pH

Na wartość pH wpływają:

  • Stężenie i rodzaj kwasu oraz zasady w roztworze.
  • Temperatura – wzrost temperatury zwykle obniża pH wody czystej, ponieważ zwiększa stałą dysocjacji wody (K_w).
  • Obecność jonów buforowych, np. wodorofosforany w organizmach.
  • Rozcieńczanie i rozpuszczalność gazów, np. dwutlenku węgla (CO₂) rozpuszczającego się w wodzie.

Wzory i równania

Podstawowe równania związane z pH:

Wzór Opis
pH = -log₁₀[H⁺] Definicja pH przy niskich stężeniach.
pOH = -log₁₀[OH⁻] Definicja pOH (zasadowość).
pH + pOH = 14 (przy 25 °C) Związek między pH a pOH w wodzie.
K_w = [H⁺][OH⁻] = 1·10⁻¹⁴ Stała jonowa wody przy 25 °C.

Przykłady pH różnych substancji

  • Woda destylowana – pH ≈ 7
  • Kwas solny (0,1 M) – pH ≈ 1
  • Ocet (5 % kwasu octowego) – pH ≈ 2,9
  • Żelazna woda mineralna – pH ≈ 8,5
  • Krew ludzka – pH 7,35–7,45

Jednostki i notacja

Wartość pH jest jednostkowa, ale w zapisie używa się litery „p” i małej litery „H”. Inne podobne miary obejmują:

  • pOH – logarytm ujemny stężenia jonów wodorotlenkowych.
  • pK_a – ujemny logarytm stałej dysocjacji kwasu.
  • pK_b – ujemny logarytm stałej dysocjacji zasady.

Wzorce i normy

Międzynarodowe normy określające metody pomiaru pH są zawarte w dokumentach ISO 10523 oraz ASTM D1293. Normy definiują kalibrację elektrod, wymogi temperatury oraz procedury kontroli jakości.

Powiązane pojęcia

Więcej informacji można znaleźć w następujących artykułach encyklopedycznych: