PH

Om technische redenen begint de titel van dit artikel met een hoofdletter. De correcte schrijfwijze is pH.

Zuren en Basen
pH Bufferoplossing Systematische naamgeving zuren Redoxreactie Zuren: sterke zuren zwakke zuren alle zuren Basen: sterke basen zwakke basen alle basen

De pH is een uitdrukking (in een dimensieloos getal) voor de zuurgraad van een waterige oplossing. De pH van een neutrale waterige oplossing ligt bij kamertemperatuur rond de 7. Zure oplossingen hebben een pH lager dan 7, basische oplossingen hebben een pH hoger dan 7.

Het concept pH is in 1909 geïntroduceerd door Søren Sørensen. De p staat voor het Duitse Potenz, wat kracht betekent en de H staat voor het waterstofion (H⁺). (Latijn: pondus hydrogenii).

Inhoud 1 Uitleg 2 pOH 3 pH-meting 4 Van pH 7 tot pH 0 5 Buffers 6 Rekenvoorbeeld 7 Trivia

[bewerk] Uitleg

De pH is gelijk aan de negatieve logaritme (met grondtal 10) van de waterstofionen (H⁺) concentratie. De eenheid van concentratie is hierbij mol/liter.

In formulevorm:

Formeel is het beter om de pH te omschrijven als de negatieve logaritme van de waterstofionen-activiteit: . Daarbij geeft de factor-f de activiteit van de waterstofionen weer en heeft het een waarde tussen de 0 en de 1. In normale omstandigheden is de factor-f bij benadering gelijk aan 1.

In water of in een waterige oplossing is een gedeelte van de watermoleculen aanwezig in de vorm van ionen. Twee H₂O moleculen zijn dan gesplitst in een positief H₃O⁺ ion en een negatief OH^- ion. Het oplosbaarheidsproduct van de beide ionen in water is 10^-14 (bij 22°C), dat wil zeggen dat voor elke waterige oplossing geldt dat het product van de concentratie aan OH^- en de concentratie van H⁺ altijd gelijk is aan 10^-14. Als we dus uitgaan van zuiver water, dan is zoveel water in ionen opgesplitst dat de concentratie H⁺ zowel als de concentratie van OH^- gelijk is aan 1:10 000 000 = 10^-7. De pH hiervan is volgens de formule dus; -log 10^-7 = -(-7)log 10 = 7. Alle oplossingen met een pH van 7 worden neutrale oplossingen genoemd. Zo'n oplossing is niet zuur en ook niet basisch.

De pH-schaal is een logaritmische schaal die voor waterige oplossingen praktisch loopt van 0 tot 14. Lager dan 7 betekent dat de oplossing zuur is, hoe lager hoe zuurder. Boven 7 wil zeggen dat de oplossing basisch is. Waarden beneden 0 en boven 14 zijn mogelijk, maar alleen onder extreme situaties en zulke oplossingen zijn over het algemeen zeer gevaarlijk: geconcentreerde zuren en geconcentreerde logen.

Het logaritmische karakter van de schaal zorgt ervoor dat zelfs binnen de schaal van 0 - 14 zeer extreme waarden kunnen worden weergegeven: in een oplossing van pH 8 zitten al 100 keer meer OH^- ionen dan H⁺ ionen en in maagzuur van pH 1 zitten 1.000.000.000.000 keer meer H⁺ ionen dan OH^- ionen.

[bewerk] pOH

Naast de pH-schaal bestaat ook de pOH-schaal, die precies het tegenovergestelde van de pH-schaal is. Waar de pH-schaal de activiteit van H₃O⁺-ionen aangeeft, geeft de pOH-schaal de activiteit van OH^--ionen aan.

[bewerk] pH-meting

De pH van een oplossing kan op verschillende manieren worden gemeten.

• Er zijn kleurstoffen (pH-indicatoren) die verkleuren als ze een H⁺ ion (van H⁺) opnemen of afstaan. Deze verkleuring vindt dan plaats bij een bepaalde pH. Als men verschillende kleurstoffen inzet kan men zo de pH ruwweg meten, in oplossing of op papier (= pH-papier). Bekend zijn de verkleuring van lakmoes, maar in de keuken ook die van rode kool (de pan kleurt blauw in het basische afwaswater; aan recepten met rode kool wordt vaak wat zure appel, citroen en/of azijn toegevoegd om te voorkomen dat het al verkleurt bij het koken). Welbekend is het lichter worden van thee, na toevoegen van citroen.
• Er zijn elektrochemische reacties waarbij H⁺ ionen betrokken zijn en voor zulke reacties varieert de elektrische spanning als functie van de pH. Men kan de pH meten met een pH-meter door de spanning van de elektrochemische reactie onder gecontroleerde omstandigheden te meten.

[bewerk] Van pH 7 tot pH 0

• pH 7.4:menselijk bloed
• pH 7: zuiver water (neutraal)
• pH 6.6: melk
• pH 6: natuurlijke regen
• pH 5: licht zure regen
• pH 4.5: tomaten
• pH 4: zure regen, tomatensap
• pH 3: consumptieazijn
• pH 2.27: Coca Cola
• pH 2: citroensap
• pH 1: maagzuur, accuzuur
• pH 0: zoutzuur (1 mol/L)

Als het een geconcentreerd zuur betreft, kan de pH ook negatief uitkomen. Dit komt voor als de H⁺ concentratie hoger is dan 1 mol/L. Want bij pH = 0 is de concentratie H⁺ 1 * 10⁰ = 1 mol/L. Bij onder andere geconcentreerd zwavelzuur (18 mol/L) is dit het geval. Hiervan is de pH bijvoorbeeld -log 18 = - 1,26.

[bewerk] Buffers

zie het hoofdartikel Buffer (scheikunde)

Een oplossing die de H₃O⁺ concentratie constant houdt, zelfs al wordt er door een chemische reactie H⁺ geproduceerd of verbruikt, heet een buffer. Een buffer kan worden gemaakt door zowel een zwak zuur als een bijbehorende zwakke base aan een waterige oplossing toe te voegen. Als er in zo'n gebufferde oplossing H⁺ wordt bijgemaakt, kan dat door de aanwezige zwakke base worden opgenomen onder vorming van een zwak zuur zonder dat de pH daarbij verandert. Andersom kan, als er H⁺ uit de oplossing wordt verbruikt, nieuw H⁺ worden vrijgemaakt uit het zwakke zuur onder vorming van een zwakke base.

Elke combinatie van een zwak zuur met de bijbehorende zwakke base heeft zijn eigen ideale pH waarbij de buffer het best functioneert (het meeste kan opnemen of vrijmaken met de kleinste verschuiving in pH). De zogenaamde buffercapaciteit hangt daarnaast af van de concentratie van de bufferstoffen in de oplossing.

Als bufferstoffen kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt azijnzuur en waterstofsulfaat (pH rond 4.77), of H₂PO₄^- en HPO₄^2-.

[bewerk] Rekenvoorbeeld

Wat is de pH van een oplossing met een concentratie van 6,5 · 10^-4 mol/l H⁺ ionen?

De concentratie is een getal tussen 10^-4 en 10^-3. Daarmee kun je al een schatting maken van de pH. Die zal tussen de 3 en 4 liggen.

Een precieze berekening laat zien:

[bewerk] Trivia

De aanduiding pH-neutraal op cosmetische producten betekent iets anders dan een pH van 7. Het geeft aan dat het product een pH heeft die overeenkomt met de natuurlijke pH van de huid. De natuurlijk pH van de huid is ongeveer 5,5.