Písmená pH stoja napoly pod vodou v kadičke a roztok nad nimi mení farbu ako univerzálny indikátor, od červenej cez žltú a zelenú k modrej a fialovej. Z byrety padá kvapka, po hladine sa šíri kruh, zo dna stúpajú bublinky, miešadlo sa točí, banka sklenenej elektródy svieti. Prístroj v rohu ukazuje číslo a značka na indikátorovom prúžku dole dochádza do toho istého políčka.
List jednotky
chémia a laboratórium list 1/1 · rev. 2026-09Vodíkový exponent pH
Veličina mimo SI · veličina: kyslosť roztoku, bezrozmerný logaritmus aktivity vodíkových iónov
Logaritmická stupnica, ktorá nemá jednotku
V roku 1909 skúmal dánsky chemik Søren Sørensen v laboratóriu pivovaru Carlsberg, ako enzýmy závisia od kyslosti mladiny, a každý deň zapisoval koncentrácie ako 0,000 000 1 mólu na liter. Unavený počítaním núl navrhol písať namiesto samotného čísla len exponent bez znamienka mínus, takže jedna desaťmiliontina sa zmenila na obyčajnú sedmičku, a odvtedy sa kyslosť meria číslom, za ktorým nestojí nijaká jednotka.
Takýto zápis je pohodlný, ale zradný: krok o jednu jednotku znamená desaťnásobnú zmenu, preto roztok s pH 3 nie je kyslejší ako roztok s pH 5 o tretinu, ale stokrát, a dve hodnoty pH nemožno ani sčítať, ani spriemerovať. Zmiešaním rovnakých objemov roztokov s pH 2 a pH 4 nevznikne 3, ale 2,30, pretože sa sčítavajú samotné koncentrácie a logaritmus sa berie až zo súčtu.
List ukazuje, ako sa pH správa pri titrácii, prečo je sedmička neutrálna len pri dvadsiatich piatich stupňoch a prečo veličinu, ktorú meria každý akvarista, dodnes nemožno prísne zmerať bez dohody o tom, čo sa považuje za aktivitu jediného iónu.
Píše sa malým p a veľkým H, vždy v tomto poradí a bez medzery: pH, nie PH ani Ph, pretože malé písmeno označuje operáciu a veľké chemický prvok. Číslo sa píše za značku, ako pri teplote v stupňoch: pH 7,40, a nijaká jednotka sa zaň nepíše.
pH nie je koncentrácia kyseliny ani jej sila: ocot a kyselina chlorovodíková rovnakej koncentrácie dávajú pH 2,9 a 1,0 a tlmivý roztok môže obsahovať veľa kyseliny, a predsa ukazovať takmer neutrálne číslo. Nezamieňať ani s pKa, ktoré patrí samotnej kyseline a nezávisí od toho, koľko jej bolo naliate, kým pH patrí roztoku.
01 · Definícia
logaritmus · aktivita · neutrálny bodVodíkový exponent pH je záporne vzatý dekadický logaritmus aktivity vodíkových iónov v roztoku. Aktivita je bezrozmerná, pretože sa vzťahuje na štandardnú koncentráciu jedného mólu na liter, a preto je bezrozmerný aj samotný logaritmus: pH sa nemeria v nijakých jednotkách, len sa vyjadruje číslom.
V zriedených roztokoch sa aktivita takmer zhoduje s koncentráciou a pH potom možno počítať priamo z mólov na liter, kým v koncentrovaných roztokoch a morskej vode si ióny navzájom prekážajú a rozdiel medzi koncentráciou a aktivitou dosahuje desatiny jednotky. Voda sama sa trochu rozpadá na vodíkové a hydroxidové ióny, súčin ich aktivít je pri 25 °C 10⁻¹⁴ a neutrálny sa nazýva roztok, v ktorom je oboch rovnako, teda pH 7.
Iónový súčin vody rýchlo rastie s teplotou, preto neutrálny bod pri vare klesá na 6,13 a pri nule stupňov stúpa na 7,47; roztok s pH 7 je pri 50 °C už slabo zásaditý, hoci číslo zostalo rovnaké.
Dve kvapky, ktoré prefarbia kadičku
Vľavo z byrety kvapká titračné činidlo do kadičky s 25 mililitrami roztoku, kvapalina je zafarbená univerzálnym indikátorom podľa svojho okamžitého pH a prístroj v rohu ukazuje číslo. Vpravo rastie titračná krivka: prejdená časť je nakreslená hrubou čiarou vo farbe indikátora, zvyšok tenkou sivou bodkovanou čiarou, vodorovná bodkovaná čiara je neutrálny bod pH 7, zvislá bod ekvivalencie, kde sa pridalo presne toľko titračného činidla, koľko potrebuje celá kyselina alebo zásada.
Zmiešajte pH 2 a pH 4 — nevyjde tri
V litri roztoku s pH 2 je stotina mólu vodíkových iónov, v litri s pH 4 desaťtisícina, takže po zmiešaní bude v dvoch litroch 0,0101 mólu, teda 0,00505 na liter, a to je pH 2,30. Kyslý roztok takmer úplne určuje výsledok, menej kyslý k nemu pridáva len zriedenie, a preto priemerné pH niekoľkých vzoriek, zapísané do protokolu ako prostý priemer, vždy klame o tej najkyslejšej z nich.
02 · Prevod
koncentrácie · látky · teplotaOd čísla na prístroji k mólom na liter
Zadajte pH, koncentráciu vodíkových alebo hydroxidových iónov či pOH a list prepočíta všetko ostatné, porovná roztok so známymi látkami a ukáže, kde leží neutrálny bod pri inej teplote. Vo všetkých záložkách je roztok ten istý, mení sa len to, s čím sa porovnáva.
Pravidlo na zapamätanie: každá jednotka pH je desaťnásobná zmena koncentrácie, každých 0,3 jednotky dvojnásobná.
Prepočet pokladá aktivitu za rovnú koncentrácii, čo platí len pre zriedené roztoky; v morskej vode, krvi a silných kyselinách posunie oprava na aktivitný koeficient výsledok o jednu až dve desatiny. Hodnoty pH látok sú typické, nie normatívne: pri citrónovej šťave, káve a daždi dosahuje rozptyl medzi vzorkami polovicu jednotky.
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Meracie prístroje
papier · sklo · platina · tlmivé roztokyČím sa chytá vodíkový ión
Dúha na prúžku
Univerzálny indikátor je zmes niekoľkých farbív, z ktorých každé mení farbu vo svojom úzkom intervale, takže spolu zafarbia celú stupnicu od červenej po fialovú. Prúžok sa ponorí do roztoku, roztok vzlína papierom a farba sa okom porovná s vytlačenou stupnicou; presnosť je asi jedna jednotka, zato odpoveď je hotová za sekundu a nepotrebuje nijaký prístroj.
Sklo, ktoré cíti kyselinu
Tenká banka zo špeciálneho skla na povrchu napučiava a vodíkové ióny sa vymieňajú s jej hydratovanou vrstvou, takže medzi vnútorným a vonkajším roztokom vzniká rozdiel potenciálov. Pri 25 °C sa mení o 59,16 milivoltu na každú jednotku pH a pri zohriatí smernica rastie, preto poriadny pH meter vždy meria aj teplotu.
Nula celej elektrochémie
Platinový plieško pokrytý hubovitou platinovou čerňou sa obmýva vodíkom pod tlakom jedného baru a na ňom sa ustáli rovnováha medzi plynom a vodíkovými iónmi v roztoku. Taká elektróda je nepohodlná a vrtošivá, zato jej potenciál zodpovedá bez sprostredkovateľov samotnému definičnému vzorcu a práve ňou sa atestujú primárne tlmivé roztoky, podľa ktorých sa kalibrujú všetky sklenené elektródy sveta.
Tri kadičky pred každým meraním
Sklenená elektróda starne a jej nula i smernica sa posúvajú, preto sa prístroj pred prácou kontroluje tlmivými roztokmi so známym pH, obvykle 4,01, 7,00 a 10,01 pri 25 °C, a podľa nich sa nanovo zostrojí priamka. Prístroj bez takej kalibrácie ukazuje číslo na dve desatinné miesta, ale druhé je poctivé len dovtedy, kým sa elektróda neprenesie do neznámeho roztoku.
05 · Pravidlá zápisu
značka pred číslom · bez jednotky · s teplotouČíslo za značkou, jednotka nijaká
Značka pH sa píše pred číslo ako názov stupnice, nie zaň ako jednotka, a vedľa presnej hodnoty sa uvádza teplota, pri ktorej bola získaná.
Prvý riadok vpravo píše značku za číslo, akoby pH bolo jednotkou, druhý píše veľké P, ktoré v chémii nič neznamená, a tretí pripisuje exponentu móly na liter, hoci móly žijú len v koncentrácii. Štvrtý prevádza logaritmus na percentá, takže pokles o 0,3 vyzerá skromne, hoci vodíkových iónov je o polovicu menej, piaty pridáva neexistujúce „jednotky“ a šiesty priemeruje logaritmy tam, kde treba priemerovať koncentrácie.
06 · Susedné jednotky
koncentrácia · logaritmus · látkové množstvoPod logaritmom pH leží koncentrácia v móloch na liter, samotný logaritmus ho robí príbuzným decibelu, ktorý rovnako stláča desiatky rádov do krátkej stupnice, a mól zostáva jedinou jednotkou SI, cez ktorú je pH vôbec spojené so sústavou.
Práve tá koncentrácia, z ktorej sa berie logaritmus, a v ktorej sa počíta, koľko kyseliny bolo naliatej.
Tiež bezrozmerný logaritmus, len z pomeru výkonov a s násobiteľom desať.
Látkové množstvo, cez ktoré je pH spojené s Medzinárodnou sústavou jednotiek.
07 · Historický oddiel
archív · od pivovaru k IUPACAko sa z núl stala stupnica
{title}
{text}
Štyri stupne, ktoré sa nezmestia na jeden list
Výška stĺpca je koncentrácia vodíkových iónov v obyčajnej, nelogaritmickej mierke, pre pH 1, 2, 3 a 4. Každý ďalší stĺpec je desaťkrát nižší ako predchádzajúci a štvrtý už je sotva vidieť; rámček ich postupne obchádza.
Sørensen nezvolil logaritmus pre krásu, ale preto, že inak by sa veličiny, s ktorými pracoval, nezmestili na nijaký papier: sedem stupňov od pH 1 do pH 7 by lineárnu stupnicu natiahlo desaťmiliónkrát.
Veličina, ktorú nemožno zmerať bez dohody
Definícia hovorí o aktivite jediného vodíkového iónu, ale termodynamika vie merať len súčiny aktivít iónov opačného znamienka, pretože roztok je vždy elektricky neutrálny a jednotlivý ión z neho nevyberiete. Prísne podľa definície preto pH nemeria nijaký prístroj; dostupná je len veličina, do ktorej spolu s vodíkom vstupuje chloridový ión.
Medzeru uzatvára dohoda: podľa Batesovej–Guggenheimovej konvencie sa aktivitný koeficient chloridového iónu počíta jednoduchým vzorcom teórie roztokov a potom Harnedov článok s vodíkovou a argentchloridovou elektródou bez kvapalinového spojenia dáva primárne hodnoty pH pre niekoľko referenčných tlmivých roztokov. Všetky ostatné merania na Zemi sa o tieto roztoky opierajú cez reťazec kalibrácií.
V každom čísle pH teda okrem samotného merania sedí aj dohoda a dve laboratóriá sa zhodnú na stotiny jednotky nie preto, že zmerali tú istú prírodu, ale preto, že prijali tú istú konvenciu a kalibrovali sa podľa tých istých tlmivých roztokov.