Pamiętam, że uczyłem się o kwasach i zasadach (lub kwasach i zasadach) dość wcześnie w szkole. Kwasy były ostrymi, octowymi substancjami, takimi jak sok z cytryny, podczas gdy zasady były substancjami mydlanymi, takimi jak woda wapienna lub soda kaustyczna. Poznaliśmy również skalę pH, która mierzy kwasowość lub zasadowość substancji. Skala pH obejmuje zakres od 1 do 14, przy czym pH 7 jest całkowicie neutralne, czyli oznacza wodę. Wszystko o bardzo niskim pH jest kwaśne, podczas gdy substancje o wysokim pH są alkaliczne.
Dopiero później dowiedziałem się, co skala pH faktycznie oznacza, a kiedy to zrobiłem, to wysadził mój umysł całkowicie. Zawsze zakładałem, że to albo oznaczało dwa słowa lub został nazwany po kimś. Czasami zastanawiałem się, dlaczego jest tak zapisana (małe p, duże H), ale nigdy na tyle, żeby poważnie o to zapytać.
Na początek, to H nie jest H. Powodem, dla którego jest pisane wielką literą, jest to, że jest to symbol wodoru.
P nie jest też p, jest to litera używana jako skrót operacji matematycznej. Dokładniej mówiąc, operacji „-log10”. Co byłem zakładając litery pH był faktycznie wzór naukowy, -log10 stężenia jonów wodoru:
pH = – log10
Mając to na uwadze, skala pH było dużo więcej sensu jako miara kwasowości. Kwasy mają kilka różnych definicji, ale ogólnie są to substancje, które mogą generować jony wodoru, gdy są w roztworze. pH jest sposobem na pokazanie, ile jonów wodoru uwalniają bez konieczności liczenia wszystkich jonów. pH nie ma również jednostek, co jest bardzo przydatne dla ludzi takich jak ja, którzy uważają jednostki za mylące.
Aby być kwaśnym, substancja musi zawierać wodór, w formie, która może być uwolniona do wody. Substancje takie jak CH4 (metan) nie są kwaśne, jak wszystkie cztery hydrogeny są związane bardzo mocno do węgla i nie idą nigdzie. CH4 ma neutralne pH, około 7. Z drugiej strony, substancje takie jak kwas chlorowodorowy, HCl, są utrzymywane razem przez polarne wiązania jonowe, a po umieszczeniu w wodzie wodór odrywa się tworząc jony wodorowe, co czyni ciecz kwaśną. HCl ma zatem bardzo niskie pH i jest bardzo silnym kwasem.
Słabe kwasy, o pH 5 lub 6 są nieco bardziej złożone. Powstają one, gdy związek może uwolnić jony wodorowe, ale tylko bardzo słabo. Przykładem są często związki organiczne, które wprawdzie mają wiele hydrogenów w swojej strukturze chemicznej, ale bardzo niewiele z nich może oderwać się w roztworze. Kwas octowy (HC2H3O2) jest słabym kwasem, ponieważ tylko wodór z przodu równania, który może dysocjować, i nie jest to dla niego ogromnie korzystne energetycznie.
Skala pH, z listą substancji przy każdym pH. Kwasy na górze, zasady na dole. Image credit below.
I do like the fact that „pH” has an actual chemical and mathematical meaning, rather than just being a random set of letters. Chociaż matematyka kwasowości może stać się trochę skomplikowane im dalej w chemii idziesz, -log10 jest nadal główną definicją zarówno kwasowości i zasadowości.
Credit link dla obrazu 2
.