A pH definíciója

A víz öndisszociációjáról szóló videóban láttuk, hogy ha van két semleges vízmolekula, akkor az egyik magához vehet egy hidrogéniont a másiktól, így oxóniumion keletkezik, és amelyiktől elvették a hidrogéniont, – ne feledd, hogy a hidrogénion valójában csak egy proton. Ez szerez egy elektront, szerez egy elektront attól a hidrogéntől. A kovalens kötés mindkét elektronját megtartja itt, és kialakul még egy nemkötő elektronpár, negatív töltése lesz, és hidroxidion keletkezik. Vagy így is lerajzolhatjuk az öndisszociációt, ha van egy vízmolekula, az oxigén megszerzi mindkét elektront ebből a kötésből, eltávolítja azt a hidrogént, amelyben az elektron van, amely csak a protonjával marad. A hidrogénion esetében ténylegesen csak protonról beszélünk, mert a hidrogén leggyakoribb izotópjának atommagjában csak egyetlen proton van, nincs neutronja. Eltávolítjuk az elektront, csak a proton maradt. Ezt az egészet azért csinálom, hogy megmutassam, hogy ez nem jellemző, a legtöbb vízmolekula nem csinál ilyet, de megtörténik, ha elég nagy mennyiségű vízmolekula van. Láttuk milyen mértékben történik, mennyire jellemző a koncentrációt tekintve. Amikor megnéztük a koncentrációt – tehát ha tiszta vízről beszélünk – láttuk, hogy a koncentráció... és ezt kétféleképpen nézhetjük. Ha az öndisszociáció leírására a felső utat nézzük, azt mondhatjuk, hogy az oxóniumionok koncentrációja, vagy ha erre gondolunk, itt, akkor gondolhatunk a hidrogénionok koncentrációjára. Azért egyenlő egymással ez a két dolog, mert ezek a hidrogénionok valójában vízmolekulákhoz kapcsolódnak, és oxóniumion keletkezik. De tiszta vízben, 25 Celsius fokon láttuk, hogy kb. ez lesz a koncentrációjuk, akár oxóniumion-, akár hidrogénion-koncentrációról van szó, ez kb. 1-szer 10 a mínusz 7.-en mólos. Mit jelent ez? M a molaritás (anyagmennyiség-koncentráció) mértékegysége, ez egyenlő 10 a mínusz 7.-en mól per literrel. [Magyarul mol/dm³-t használunk.] Ha nem emlékszel mi a mól, akkor először arra bíztatlak, hogy nézd meg a Khan Academy anyagmennyiségről szóló videóját. Elég arra emlékeznünk, hogy ez mennyiség. Ahogy a tucat tizenkettőt jelent valamiből, egy mól valamiből 6,022-szer, kb. 6,022-szer 10 a 23.-on abból a valamiből. Tehát ez egy nagyon-nagyon nagy mennyiség. Ez tehát az a koncentráció, ami a hidrogénionok koncentrációja tiszta vízben, 25 fokon. De ugyanezt a kérdést feltehetjük másfajta oldatoknál is. Például a narancslé esetében. Tehát mondjuk, a narancslében a hidrogénion-koncentráció. Ismétlem, hogy azt is mondhatnám, hogy oxóniumion-koncentráció. Ez függ attól, hogy milyen narancsléről van szó, de van olyan, amelyben a hidrogénion-koncentráció 1-szer 10 a mínusz 3,5.-en M. ismétlem, ez sokkal több, mint ez. Hadd kerekítsem egész számra. Valószínűleg olyan is van, ami 1-szer 10 a mínusz 4-en mólos. Utánanéztem az interneten, a tartomány 3,5-től kicsivel 4 felettig van a narancslé hidrogénion-koncentrációját tekintve. Tehát van ilyen is, és ahogy látod, érdemes csak a számokat figyelni, ez most sokkal nagyobb koncentráció, mint ez itt. A hatványkitevő itt kevésbé negatív, így ez nagyobb koncentráció. Nézhetünk valamit, aminek kisebb a koncentrációja. Legyen mondjuk a fehérítő. Tehát a fehérítő. Ideírom. Ennek a Clorox weboldalán néztem utána. A Clorox fehérítőről azt állítják, hogy a hidrogénion-koncentrációja körülbelül... tehát a hidrogénion-koncentrációja kb. 1-szer 10 a mínusz 12.-en M. Ez tehát sokkal kisebb koncentráció, mint ami itt a vízben volt, tiszta vízben, 25 fokon. Ez tehát sokkal kisebb koncentráció, a hatványkitevő itt nagyobb negatív szám. Ez kisebb koncentráció. Ez így mind szép és jó, de így egy kicsit hosszadalmas a koncentrációkról normál alakban megadva beszélni: valahányszor valahány a negatív valahányadikon mólos. Hogy egyszerűbb legyen, kitalálták a pH fogalmát. Hadd vezessem be olyan színnel, amit még nem használtam eddig. Kis p-t és nagy H-t használunk. Utánanéztem, hogy honnan ered ez a jelölés. Azzal a legtöbben egyetértenek, hogy a H valahogy a hidrogénre utal, de a p esetén vannak, akik arra gondolnak, hogy a p a potenciál, míg mások azt gondolják, hogy csak egy véletlenszerű betű, amit ehhez társítottak. Negatív logaritmusként definiálják, mondhatjuk, hogy negatív logaritmus. Ha nem írjuk ki az alapot, akkor azt feltételezzük, hogy 10-es alapú. A hidrogénion-koncentráció negatív logaritmusa, vagy ennek a negatív logaritmusa, mivel a hidrogénionok valójában oxóniumionok (H₃O⁺). Ezek tényleg ugyanazok. A pH ezen definíciója alapján számoljuk ki a tiszta víz pH-ját 25 Celsius-fokon, ennek a pohár narancslének a pH-ját, vagy a fehérítő pH-ját. A tiszta víz pH-ja... (van itt egy kis hely...) ... a negatív logaritmusa, – csak odagondolom, hogy 10-es alapú, – a hidrogénion-koncentrációnak, ami 1-szer 10 a mínusz 7.-en M. Itt is molaritás és itt is molaritás szerepel. 1-szer 10 a mínusz 7.-en az egyenlő 10 a mínusz 7.-en, és ha megnézzük azt a részt, ahol a log szerepel, mielőtt a negatívval foglalkozunk, az azt jelenti, hogy a 10-et hányadik hatványra kell emelni, hogy 10 a mínusz 7.-ent kapjunk. Ez a mínusz 7.-en. Ha zavaros, amit csináltam, akkor arra bíztatlak, hogy nézd meg újra a logaritmust a Khan Academyn. Tehát mínusz mínusz 7, ami plusz 7-tel egyenlő. Tehát a tiszta víz pH-ja 25 Celsius fokon – a hőmérséklet azért számít, mert befolyásolhatja az öndisszociációt –, a pH 25 Celsius-fokon 7. Mi a helyzet a narancslével? Itt a pH a negatív logaritmus... ahelyett, hogy 1-szer 10 a mínusz 4.-en, írhatom azt, hogy 10 a mínusz 4.-en, természetesen ez 10-es alapú. Mire kell a 10-et emelni, hogy 10 a mínusz 4.-en legyen? A mínusz 4.-enre kell emelni. Mínusz mínusz 4, az plusz 4. Ugyanúgy, ugyanazt a definíciót alkalmazva, a fehérítő pH-ja mínusz logaritmus 10 a mínusz 12.-en. Ezt itt nem veszem figyelembe, azt írhatom, hogy 10 a mínusz 12.-en, de az értéke nem változik. Ez természetesen mínusz mínusz 12, ami plusz 12. Érdekes lehet ezeket ábrázolni. Hadd tegyem meg. Hadd ábrázoljam ezek pH-ját. Rajzolunk ide egy vonalat, legyen ez 0, 1, 2, 3, 4 – így nem tudom 12-ig mindet berajzolni, ezért kicsit kisebbre veszem a beosztást. 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, és erre megy tovább. Hadd írjam le, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. Tehát ezek itt a pH értékek, ábrázolhatom őket. A víz 25 Celsius-fokon itt lesz. Ezt néha semleges pH-júnak tekintik. Ha a narancslé 4-es pH-ját nézzük, a narancslé itt lesz, úgy láttam, hogy a narancslé tartománya inkább ebben a tartományban van, itt, attól függően, hogy milyen narancslé, vagy hogy megromlott-e vagy sem, a narancslé tehát itt lesz, ebben a tartományban. Ideírom, hogy narancslé. Azután a fehérítő, ez függ a koncentrációtól, stb., de ez a fajta fehérítő itt van, ez a fehérítő itt van. Más dolgokat is ábrázolhatok, a gyomrod, a gyomorsav, nagyon-nagyon... Majd egy kicsit többet fogok beszélni a savasságról, mindenesetre a gyomorsav... – más színt használok – ebben a tartományban lesz. Tehát a gyomorsav. Ha a tengervizet nézzük, ebben a tartományban lesz. A tengervíz. Gondolkodjunk el azon, hogy ez mit jelent. Ne feledd, ez logaritmusos skála, tehát jobbra haladva a koncentráció csökken. Ezt fontos felismerni. És ez ezért van, mert ez itt negatív a definíciónk szerint. Látjuk, hogy a fehérítő koncentrációja sokkal kisebb, mint a vízé. Ennek tehát kisebb a hidrogénion-koncentrációja. Ahogy balra megyünk, a hidrogénion-koncentráció nagyobb. Nagyobb hidrogénion-koncentráció. Általában, ha a valaminek a pH-ja 7 alatt van, akkor azt savasnak tekintjük. Azt mondjuk, savas. Jellemzően, amikor savat adunk semleges vízhez, a pH csökkenni fog, egyre savasabb lesz. Ahogy balra haladunk, ha a pH 7 felett van, akkor van, hogy azt mondjuk, hogy bázikus, van, hogy azt, hogy lúgos. Lúgosabb lesz, a hidrogénion-koncentráció csökken, egyre kisebb, ahogy jobbra haladunk. Szeretném érzékeltetni a logaritmus természetét, mivel ha a tengervizet vesszük, 8-as pH-val, mondhatnád, hogy nem nagy szám a 8 a 7-hez képest. De ez logaritmikus skála, ha jobbra haladunk, tízszer kisebb a hidrogénionok koncentrációja. Ha három beosztással jobbra megyünk, ez egytized, egytized, egytized, itt már egy ezred lesz a hidrogénionok koncentrációja. Nagyon érdekes azon gondolkodni, mennyivel kisebb a hidrogénionok koncentrációja a fehérítőben, mint a vízben, és mennyivel kisebb a gyomorsavban vagy a narancslében.