pH

pH - Mål på relativ konsentrasjon av hydrogenioner (H+) i en løsning. pH er lik den negative Briggske logaritmen til hydrogenkonsentrasjonen (definert av den danske kjemikeren Sørensen i 1909):

pH definisjon

pH verdien varierer fra 0-14. Hvis pH=7 tilsvarer dette en konsentrasjon av [H+] lik 10-7 M. En definisjon av syre og base kan ifølge Brønsted uttrykkes som:

pH definisjon

En syre er en protondonor og en base er en protonakseptor. Et proton kan imidlertid ikke eksistere i uhydrert tilstand i vann og blir til H3O+. Imidlertid skjer bare overføring av et proton hvis en syre reagerer med en base. Vi får altså et korresponderende syre-basepar.

Syrer og baser kan kalles protolytter. Når en syre avgir et proton og blir en base kalles dette protolyse. Molekyler som har flere protoner som kan delta i syre-base likevekten kalles flerprotiske.

Molekyler som kan opptre som både syre og base kalles amfolytter. Løses en syre i et oppløsningsmiddel må oppløsningsmiddelet ha evne til å motta protoner for at syren skal fungere som syre. Vann som oppløsningsmiddel har denne evnen, og fungerer som base og danner hydroniumioner (H3O+),  eller fungerer som syre og danner hydroksylioner (OH-).

Høy dissosiasjonsgrad og stor evne til å avgi protoner gir en sterk syre. En svak syre er lite dissosiert. Rent vann i likevekt med luft har ca. pH 5.7 (25oC).

En pH-indikator er et syre-basepar av en organisk protolytt hvor syren eller basen har forskjellig farge eller hvor en av dem er ufarget. I et omslagsintervall omkring pKa-verdien kan man se at fargen skifter fra den ene til den andre. Papir dyppet i pH-indikator og tørket kalles pH-papir eller indikatorpapir. Universalindikatorpapir inneholder blanding av flere pH-indikatorer.

pH-papir

pH-papir for skjellige pH-intervaller

 

Se syre-base teori, og Brønsted-Lowry syre.

pH skala

Kalibrering av pH-meter og elektrode

pH kan bli målt i et pH-meter med en kombinasjonselektrode som må kalibreres innen pH-området det anvendes innen.

pH-meter kalibrering

Kalibrering av pH-skala, potensial målt i millivolt (mV) som funksjon av pH.

pH buffere til kalibrering

pH kalibreringsbuffere fra Radiometer®. Avhengig av pH-området man skal måle i velger man buffere som best dekker måleområdet, og foretar en to-punkts kalibrering av pH-meteret. pH er avhengig av temperatur, slik at man må også korrigere for dette.

En syre (HA) er en forbindelse som kan avgi et hydrogen-ion (proton)

HA ⇔ H+ + A-

En base (A-) er en forbindelse som kan motta et hydrogen-ion

A- + H+ ⇔ AH

Vann kan være både syre og base. Når vann mottar et proton blir det et hydronium-ion (H3O+). Surhetsgraden kan måles med en pH-skala som går fra 1 til 14. Jo lavere tall desto surere. Men hva er egentlig begrepet pH som inngår i dagligtalen ? Det vi avleser er et potensial i millivolt som vi ønsker skal være et mål på konsentrasjonen av hydrogen-ioner. pH er den negative logaritmen til aktiviteten (a) av hydrogen-ionene:

pH = - log a(H+)

Aktiviteten er imidlertid en funksjon av konsentrasjonen:

a (H+) = γ H+

hvor γ (gamma) er aktivitetskoeffesienten. Hvis det ikke forekommer noen interaksjon mellom de oppløste stoffene er aktivitetskoeffesienten γ = 1. Ved saltkonsentrasjoner som er større enn 10-4 M er interaksjonen så stor at aktiviteten er betydelig mindre enn konsentrasjonen. Aktivitetskoeffesienten kan beregnes via Debye- Hückels ligning når ionetyrken (I) er mindre enn 0.01 M, eller via Güntelberg ligningen. Dette er imidlertid komplisert og man benytter derfor:

pH =- log  [H+

Det vil si:

H+ = 10-pH

pH-meteret er et millivoltmeter med høy indre resistanse. Vanligst er en "kombinasjonselektrode" hvor to elektroder er koblet sammen. Denne består av en referanseelektrode med et potensial som ikke forandres ved ulike H+-konsentrasjoner, og en glasselektrode hvor en membranen slipper igjennom og er følsom for H+.

Standard hydrogen elektrode er upraktisk å bruke og en sølv-sølvklorid elektrode brukes ofte som referanse. Denne består i en tynn sølvklorid-film på sølv nedsenket i 0.1 M HCl.

Ag    AgCl     KCl    prøve-løsning

Glasselektroden virker som et batteri hvor batterispenningen er avhengig av aktiviteten til H+ i løsningen som den er dyppet i. Størrelsen på potensialet E er gitt ved Nernst-ligningen:

Ved 25 oC blir denne:

E = E0 - 0.059  pH

Dette er en rett linje av formen: y= a x + b og blir som vist på figuren ovenfor.

Den skal ha en stigningskoeffisient på -0.059 eller 59 mV per pH-enhet. Avviker den reelle linjen fra dette blir linjen som på figuren. Med temperatur-kontrollen på pH-meteret dreies linjen rundt O.

E0 er ukjent og derfor må man bruke referanse-buffere til å kalibrere pH-meteret.Husk at rent vann har pH ca. 5.5 - 5.8. Vannprøver med svært lav og høy ionestyrke er vanskelig å måle riktig.

pH meter av eldre type

En eldre type pH-meter med analog skala.

Tilbake til hovedside

Publisert 4. feb. 2011 10:41 - Sist endret 19. aug. 2019 14:47