Back to chapter

15.4:

pH-schaal

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
pH Scale

Languages

Share

De concentratie van hydronium-ionen in een waterige oplossing wordt meestal geschreven met negatieve exponenten en kan zo klein zijn als 1 10⁻¹⁴ M.De pH-schaal is ontwikkeld door chemicus Søren Sørenson in 1909 als een gemakkelijkere manier om snel de zuurgraad van verschillende oplossingen te vergelijken. De pH van een oplossing is de negatieve logaritme van de hydronium-ionenconcentratie. Een oplossing met 1 10⁻⁵ M hydroniumconcentratie heeft bijvoorbeeld een pH van 5.Hoe hoger de hydronium-ionenconcentratie van een oplossing, hoe lager de pH. Omdat de pH op een logaritmische schaal wordt uitgedrukt, komt een verandering van één eenheid overeen met een 10-voudige toename of afname van de hydronium-ionenconcentratie. Een oplossing met een pH van 3 heeft tien keer meer hydronium-ionen dan een oplossing met een pH van 4 en honderd keer meer dan een oplossing met een pH van 5.Een zure oplossing heeft een hogere concentratie aan hydronium-ionen dan hydroxide-ionen en een pH lager dan 7, terwijl een basische oplossing een lagere concentratie aan hydronium-ionen heeft dan hydroxide-ionen en een pH hoger dan 7. Een neutrale oplossing met een gelijke concentratie aan hydronium-en hydroxide-ionen heeft een pH van 7. De concentratie van hydroxide-ionen kan ook worden uitgedrukt als pOH.pOH is de negatieve logaritme van de hydroxide-ionenconcentratie. Hoe hoger de hydroxide-ionenconcentratie, hoe lager de pOH-waarde. Een pH-of pOH-waarde van een waterige oplossing varieert van 0-14.Dit komt doordat Kw, de evenwichtsconstante voor de auto-ionisatie van water, gelijk is aan 1 10⁻¹⁴. Als we de negatieve log van beide zijden van de vergelijking nemen, resulteert dit in een vergelijking waarin pKw gelijk is aan de som van pH en pOH. Omdat de negatieve log van 1 10⁻¹⁴ 14 is, is de som van de pH en pOH van een waterige oplossing altijd 14.Hiermee kan de pH-waarde worden bepaald als de pOH-waarde bekend is en vice versa. Een oplossing met een pOH van 10 heeft bijvoorbeeld een pH van 4.

15.4:

pH-schaal

Hydronium and hydroxide ions are present both in pure water and in all aqueous solutions, and their concentrations are inversely proportional as determined by the ion product of water (Kw). The concentrations of these ions in a solution are often critical determinants of the solution’s properties and the chemical behaviors of its other solutes. Two different solutions can differ in their hydronium or hydroxide ion concentrations by a million, billion, or even trillion times. A common means of expressing quantities that may span many orders of magnitude is to use a logarithmic scale. The pH of a solution is therefore defined as shown here, where [H3O+] is the molar concentration of hydronium ion in the solution:

 Eq1

Rearranging this equation to isolate the hydronium ion molarity yields the equivalent expression:

 Eq2

Likewise, the hydroxide ion molarity may be expressed as a p-function or pOH:

 Eq3

or

 Eq4

Finally, the relation between these two ion concentration expressed as p-functions is easily derived from the KW expression:

 Eq5

At 25 °C, the value of KW is 1.0 × 10−14, and so:

 Eq6

The hydronium ion molarity in pure water (or any neutral solution) is 1.0 × 10−7 M at 25 °C. The pH and pOH of a neutral solution at this temperature are therefore:

 Eq7

And so, at this temperature, acidic solutions are those with hydronium ion molarities greater than 1.0 × 10−7 M and hydroxide ion molarities less than 1.0 × 10−7 M (corresponding to pH values less than 7.00 and pOH values greater than 7.00). Basic solutions are those with hydronium ion molarities less than 1.0 × 10−7 M and hydroxide ion molarities greater than 1.0 × 10−7 M (corresponding to pH values greater than 7.00 and pOH values less than 7.00).

Since the autoionization constant KW is temperature dependent, these correlations between pH values and the acidic/neutral/basic adjectives will be different at temperatures other than 25 °C. For example, the hydronium molarity of pure water at 80°C is 4.9 × 10−7 M, which corresponds to pH and pOH values of:

 Eq8

At this temperature, neutral solutions exhibit pH = pOH = 6.31, acidic solutions exhibit pH less than 6.31 and pOH greater than 6.31, whereas basic solutions exhibit pH greater than 6.31 and pOH less than 6.31. This distinction can be important when studying certain processes that occur at other temperatures, such as enzyme reactions in warm-blooded organisms at a temperature around 36 – 40 °C. Unless otherwise noted, references to pH values are presumed to be those at 25 °C.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 14.2: pH and pOH.

Suggested Reading

  1. van Lubeck, Henk. "Why not replace pH and pOH by just one real acidity grade, AG?." Journal of Chemical Education 76, no. 7 (1999): 892. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed076p892