Stupnice pH
V souvislosti s kyselostí se často setkáš s pojmem pH. Hodnota pH ti řekne, jak moc je roztok kyselý. Jak ale změříš kyselost roztoku?
Pokud počítáš s Arrheniovou nebo Brønstedovou-Lowryho teorií, kyselina musí odštěpovat \mathrm{H}^{+}, který reaguje \mathrm{s} vodou na \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}. Čím je kyselina silnější, tím více odštěpí protonů. Jinými slovy, čím kyselejší je roztok, tím více v něm bude částic \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}. \mathrm{pH} je jen zvláštní způsob zápisu koncentrace těchto částic v roztoku, který vypočítáš takto:
\mathrm{pH}=-\log \left(c_{\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}}\right)
\mathrm{C}_{\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}}je v tomto případě molární koncentrace \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}v roztoku.
Ve vodě probíhá autoprotolýza, díky které se za standardních podmínek v jednom litru vody disociuje asi 10^{-7} \mathrm{~mol}
Teď je třeba trochu zabrousit do chemických rovnováh. Ve sklenici destilované vody totiž neustále probíhají v rámci autoprotolýzy vody dvě protichůdné reakce - molekuly vody se neustále rozpadají a vzniklé ionty se zase rekombinují (spojují opět dohromady).
Rovnováha mezi těmito procesy je charakterizována iontovým součinem vody K_{\mathrm{W}}=c_{\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}} \cdot c_{\mathrm{OH}^{-}}který má za běžných podmínek hodnotu 10^{-14}. Je to přírodní konstanta, která se pro danou teplotu nemůže změnit.
Proto pokud do vody například přidáš kyselinu, ta uvolní \mathrm{H}^{+}a vytvoří tak nadbytek \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}. Aby hodnota konstanty zůstala zachována, část \mathrm{OH}^{-}iontů zreaguje s \mathrm{H}_3\mathrm{O}^{+}a vytvoří molekuly vody. Kyselý roztok tedy obsahuje více \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}v porovnání s \mathrm{OH}^{-}ionty.
Pokud přidáš do roztoku bázi, zvýší se koncentrace \mathrm{OH}^{-}iontů. Ty opět částečně zreagují s \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}na vodu, aby hodnota iontového součinu zůstala zachována. Bazický roztok obsahuje více \mathrm{OH}^{-}v porovnání s \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}ionty. 10^{-14} \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{dm}^{-3}. Z tohoto důvodu se obvykle uvádí, že stupnice \mathrm{pH} má hranice na hodnotách 0 a 14.
Ve skutečnosti ale některé látky dokážou dosáhnout extrémnějších hodnot, například roztok kyseliny sírové v autobaterii může mít \mathrm{pH} až kolem -1.
Za neutrální hodnotu bylo zvoleno \mathrm{pH} destilované vody, které má hodnotu 7. Nižší hodnoty znamenají více \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}, a tudíž kyselejší roztok, vyšší hodnoty znamenají roztok zásaditý.
Protože stupnice je logaritmická, i malý rozdíl v hodnotě \mathrm{pH} znamená velký rozdíl v kyselosti. Roztok s \mathrm{pH}\:1 obsahuje desetkrát více \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}než roztok s \mathrm{pH}\:2.