pH (happesuse skaala 0–14): definitsioon, valem ja tähendus

pH (0–14) selgitatud: definitsioon, valem (pH = −log[H+] ja aktiivsus) ning tähendus keemias — kuidas mõõta ja tõlgendada happesust, neutraalsust ja leeliselisust.

pH on happesuse skaala, mille tavaline ulatus on 0–14. See näitab, kui happeline või leeliseline on lahus: happelisemate lahuste pH on madalam ja leeliseliste lahuste pH kõrgem. Ainetel, mis ei ole happelised ega leeliselised (st neutraalsed lahused), on tavaliselt pH umbes 7. Hapete pH on väiksem kui 7 ja leeliseliste pH on suurem kui 7.

Mis pH tegelikult mõõdab

pH näitab lahuses olevate prootonite (H+) või hüdroniumioonide (H3O+) aktiivsust. Mõiste võttis kasutusele S.P.L. Sørensen 1909. aastal; täht P pärineb saksa keele sõnast potenz (võimsus või kontsentratsioon) ja H tähistab vesinikiooni (H+).

Kuidas pH arvutatakse

Kõige levinum valem pH arvutamiseks on:

pH = - log 10 [ H + ] {\displaystyle {\mbox{pH}}=-\log _{10}\left[{\mbox{H}}^{+}\right]}

[H+] näitab H+ ioonide kontsentratsiooni (kirjutatakse ka [H3O+], mis on võrdne hüdroniumioonide kontsentratsiooniga), mõõdetuna moolides liitri kohta (tuntud ka kui molaarsus).

Tegelikult on aga õigem kasutada iooni aktiivsust:

pH = - log 10 [ a H + ] {\displaystyle {\mbox{pH}}=-\log _{10}\left[a_{\mathrm {H^{+}} }\right]}

kus a H + {\displaystyle a_\mathrm {H^{+}} } näitab H+ ioonide aktiivsust. Praktikas annab see võrrand enamasti sama tulemuse kui lihtsam [H+] põhinev valem, mistõttu sissejuhatuslikes tekstides kasutatakse sagedasti esimese valemi kuju.

Mida pH-ühikud tähendavad

• pH ühe ühiku muutus vastab H+ kontsentratsiooni kümnekordsele muutusele (nt pH 3 on 10 korda happelisem kui pH 4 ja 100 korda happelisem kui pH 5).
• Paljude ainete pH jääb tüüpiliselt vahemikku 0–14, kuid väga kontsentreeritud happed või alused võivad anda pH < 0 või pH > 14.
• Leeliselistes lahustes domineerivad hüdroksiidioonid (OH−), mille kontsentratsioon on suhteliselt suur.

Seosed teiste suurustega

Vee ioonprodukt (Kw) määrab seose pH ja pOH vahel: pH + pOH = pKw. Tavatingimustel (25 °C) on pKw ≈ 14, seega pH + pOH ≈ 14. Kuid pKw ja seega ka see seos sõltuvad temperatuurist.

Mõõtmine ja praktiline kasutus

pH-i saab määrata mitmel viisil:

• pH-paber või indikaatorkeel (värvimuutus vastavalt pH-le) – lihtne ja odav, sobib ligikaudseks hindamiseks.
• pH-meeter (klaaselektrood + referentselektrood) – täpne mõõtmine, vajab regulaarset kalibreerimist (tavaliselt kalibreeritakse pH 4, 7 ja 10 standardlahustega).
• värviindikaatorid (näiteks fenoolftaleiin) laborikatsetes või biokeemias.

Oluline on arvestada, et pH-mõõtmine võib sõltuda temperatuurist, ioonide tugevusest (ioonitugevusest) ja mõõtmise tingimustest, mistõttu täpsed kvantitatiivsed analüüsid kasutavad tihti aktiivsusi või sobivaid korrigeerimisi.

Praktilised näited ja tähtsus

• Puhas vesi: pH ≈ 7 (neutraalne).
• Värske inimveri: pH ≈ 7,35–7,45 (väga range reguleerimine organismis on eluliselt oluline).
• Hapud toidud: sidrunimahl ~ pH 2, äädikas ~ pH 2,5–3.
• Magnetopõletid ja kodukeemia: valgendid ja ammoniaak võivad olla pH 11–13; tugevad leelised (näiteks naatriumhüdroksiid) võivad saavutada pH 14.
• Mõned kontsentreeritud happed (nt tugev väävel- või kloriidhape) võivad teatud tingimustel anda pH alla 0.

pH on oluline paljudes valdkondades: keemia, bioloogia, meditsiin, veekvaliteedi jälgimine, põllumajandus, toiduainetööstus ja palju muud. Näiteks ensüümide aktiivsus ja taimerakkude toitainete omastamine sõltuvad tugevalt pH-st.

Muud mõisted

Buffersüsteemid (stabilisaatorid) aitavad hoida lahuse pH-d suhteliselt muutumatuna, kui lisatakse väikseid koguseid happet või alust — see on eriti oluline organismides ja biokeemilistes protsessides.

Kokkuvõte: pH on logaritmiline mõõt, mis kirjeldab lahuse vesinikioonide aktiivsust; pH 7 on neutraalne, pH < 7 happeline ja pH > 7 leeliseline. Mõõtmine ja tõlgendamine nõuavad tähelepanu kontsentratsioonile, aktiivsusele ja temperatuurile.

Leeliselistes ainetes on vesinikuioonide asemel hüdroksiidioonide (OH-) kontsentratsioon suurem.

Mõned tavalised pH väärtused

	pH
Akuhape	0
Maohape	1.0
Sidrunimahl	2.4
Cola	2.5
Hapnikuga rikastatud vesi	2.5 - 3.0
Äädikas	3.0
Apelsini- või õunamahl	3.0
Õlu	4.5
Kohv	5.0
Piim	6.6
Puhas vesi	7.0
Veri	7.35 - 7.45
Tavaline šampoon	8.0
Merevesi	8.0
Püsiv laine	8.5 - 9.2
Käesepi	9.0 - 10.0
Juuksevärv	9.5 - 10.5
Maagiline sirge	11.5
Majapidamises kasutatav ammoniaak	11.5
Pleegitamine	12.3
Naatriumhüdroksiid	12.7
Kodumajapidamises kasutatav leelis	13.5
Kanalisatsioonipuhasti	14

Mõnede tavaliste ainete pH väärtused

Küsimused ja vastused

K: Mis on pH?

K: Kes võttis kasutusele mõiste pH?

K: Mida tähendab "p" sõnas "pH"?

K: Kuidas arvutatakse pH väärtust?

K: Millises vahemikus on enamik aineid pH-skaalal?

Otsing