Ίσως η πιο σημαντική σύνδεση μεταξύ του pH και της συγκέντρωσης είναι ότι το pH είναι από τη φύση του ένα μέτρο της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου σε ένα δεδομένο διάλυμα. Οι ενώσεις με υψηλές τιμές pH είναι βασικές ή αλκαλικές, ενώ αυτές με χαμηλότερες τιμές είναι όξινες. Οι μετρήσεις ποικίλλουν μεταξύ μηδέν και δεκατεσσάρων, με το μέσο όρο, επτά, να είναι ουδέτερο pH. Οι ιδιότητες των οξέων και των βάσεων καθορίζονται τόσο από το pH όσο και από τη συγκέντρωση των μορίων οξέος και βάσης σε ένα διάλυμα. Ως εκ τούτου, οι δύο έννοιες συμβαδίζουν αναγκαστικά. Είναι δύσκολο να μιλήσουμε για το pH ενός δεδομένου διαλύματος χωρίς κάποια κατανόηση της συγκέντρωσης των στοιχείων που περιέχει, και η γνώση της διάσπασης της συγκέντρωσης ορισμένων ενώσεων ρίχνει αναγκαστικά φως στο pH του. Οι χημικοί και οι ερευνητές συνήθως υπολογίζουν τα δύο μαζί.
Κατανόηση του pH Γενικά
Σε γενικές γραμμές, το pH είναι μια μέτρηση της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου σε οποιοδήποτε δεδομένο διάλυμα. Έχει διατυπωθεί ευρέως η άποψη ότι τα γράμματα “p” και “h” αντιπροσωπεύουν τη “δύναμη του υδρογόνου”, αν και αυτό δεν είναι σταθερά καθιερωμένο στην επιστημονική κοινότητα. Αυτό που αποδεικνύεται, ωστόσο, είναι η παγκόσμια σημασία του pH. Ως μέτρηση χρησιμοποιείται σε όλα τα είδη χημικών και μαθηματικών εφαρμογών και είναι σημαντικό για μια μεγάλη ποικιλία διαδικασιών, από την παραγωγή τροφίμων έως τη δημιουργία φαρμάκων.
Σε λογαριθμική κλίμακα
Όλα τα διαλύματα έχουν συγκεκριμένο pH και παρασκευάζονται με έναν διαλύτη, συνήθως νερό, και μια διαλυμένη ουσία, η οποία διαλύεται εύκολα στον επιλεγμένο διαλύτη. Η χρήση μιας λογαριθμικής κλίμακας για το pH βοηθά να διατηρείται η κλίμακα μικρή, διατηρώντας παράλληλα τις πολύτιμες πληροφορίες που αντιπροσωπεύει η κλίμακα pH. Μια σχέση μεταξύ του pH και της συγκέντρωσης των ιόντων υδρογόνου είναι ότι μαζί επιτρέπουν τη χρήση μιας λογαριθμικής κλίμακας. Όσο χαμηλότερο είναι το pH τόσο πιο συγκεντρωμένα τα ιόντα υδρογόνου, επειδή το pH μετρά το αρνητικό log της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου, που σημαίνει ότι η συγκέντρωση ιόντων 0.1 είναι ένα στην κλίμακα pH και το 0.001 είναι τρία.
Ένας άλλος τρόπος σκέψης σχετικά με αυτό είναι ότι το pH και η συγκέντρωση συνδέονται γραμμικά κατά συντελεστή δέκα και το pH αλλάζει κατά συντελεστή ενός όταν η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου αλλάζει κατά δέκατο. Η κανονική σχέση λέγεται ότι είναι εκθετική και αυτή η σύνδεση βοηθά στην αποφυγή κουραστικών εξισώσεων που περιλαμβάνουν υψηλότερα επίπεδα μαθηματικών. Αυτό αλλάζει αυτόματα την καμπύλη σχέση σε μια γραμμική σχέση όπου ισχύουν απλά μαθηματικά. Η ευθεία γραμμή μπορεί να κάνει τις προβλέψεις, τις σχέσεις μεταξύ διαφορετικών συγκεντρώσεων και τους υπολογισμούς εύκολο να απεικονιστούν.
Ομοιότητες υπολογισμού
Μια άλλη σύνδεση μεταξύ του pH και της συγκέντρωσης είναι ότι και τα δύο υπολογίζονται με παρόμοιο τρόπο. Η συγκέντρωση του διαλύματος μετρά πόσο από ένα συγκεκριμένο άτομο ή μόριο υπάρχει σε σύγκριση με ολόκληρο το διάλυμα. Το pH είναι μια ειδική μέτρηση συγκέντρωσης που εξετάζει πόσα ιόντα υδρογόνου βρίσκονται σε ένα διάλυμα σε σύγκριση με οτιδήποτε άλλο. Οι περισσότεροι άλλοι υπολογισμοί συγκέντρωσης δεν χρησιμοποιούν την κλίμακα pH. Πολλοί χρησιμοποιούν μια μονάδα που ονομάζεται Molarity, η οποία είναι η ποσότητα ατόμων ή μορίων που είναι διαθέσιμα ανά λίτρο διαλύτη.
Ως διαβαθμίσεις αλλαγής
Μαζί, το pH και η συγκέντρωση καθορίζουν προβλέψιμες αλλαγές στις ιδιότητες οποιουδήποτε δεδομένου διαλύματος οξέος ή βάσης. Αυτό μπορεί να αποδειχθεί με θέρμανση τόσο ενός διαλύτη διαλυμένου σε μια διαλυμένη ουσία, όπως το αλμυρό νερό, όσο και ενός καθαρού διαλύτη σε βρασμό. Η θερμοκρασία στην οποία ένα διάλυμα αρχίζει να βράζει θα είναι διαφορετική, επομένως οι ιδιότητες μετατροπής από υγρό σε αέριο αλλάζουν αυξάνοντας τη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας. Με παρόμοιο τρόπο, είναι δυνατό είτε να αυξηθεί η θερμοκρασία βρασμού είτε να μειωθεί η θερμοκρασία πήξης ενός διαλύματος. Για παράδειγμα, η προσθήκη μικρής ποσότητας διττανθρακικού άλατος το κάνει αυτό στο νερό αυξάνοντας τη συγκέντρωση του βασικού άλατος και αυξάνοντας τον αριθμό του pH.