Der vielleicht wichtigste Zusammenhang zwischen pH und Konzentration besteht darin, dass der pH von Natur aus ein Maß für die Konzentration von Wasserstoffionen in einer gegebenen Lösung ist. Verbindungen mit hohen pH-Werten sind basisch oder alkalisch, während solche mit niedrigeren Werten sauer sind. Die Messwerte variieren zwischen null und vierzehn, wobei der Durchschnitt sieben einen neutralen pH-Wert hat. Die Eigenschaften von Säuren und Basen werden sowohl durch den pH-Wert als auch durch die Konzentration der Säure- und Basenmoleküle in einer Lösung bestimmt. Daher gehen die beiden Konzepte zwangsläufig Hand in Hand. Es ist schwierig, über den pH-Wert einer bestimmten Lösung zu sprechen, ohne die Konzentration der enthaltenen Elemente zu verstehen, und die Kenntnis des Konzentrationsabbaus bestimmter Verbindungen gibt zwangsläufig Aufschluss über den pH-Wert. Chemiker und Forscher berechnen die beiden normalerweise zusammen.
Den pH-Wert im Allgemeinen verstehen
Im Allgemeinen ist der pH-Wert ein Maß für die Konzentration von Wasserstoffionen in einer bestimmten Lösung. Es wurde allgemein vorgeschlagen, dass die Buchstaben „p“ und „h“ für „Power of Hydrogen“ stehen, obwohl dies in der wissenschaftlichen Gemeinschaft nicht fest etabliert ist. Fest steht jedoch die universelle Bedeutung des pH-Werts; als maß wird es in allen möglichen chemischen und mathematischen anwendungen verwendet und ist für eine Vielzahl von prozessen wichtig, von der lebensmittelherstellung bis zur arzneimittelherstellung.
Auf einer logarithmischen Skala
Alle Lösungen haben einen bestimmten pH-Wert und werden mit einem Lösungsmittel, normalerweise Wasser, und einem gelösten Stoff hergestellt, der sich im gewählten Lösungsmittel leicht löst. Die Verwendung einer logarithmischen pH-Skala trägt dazu bei, die Skala klein zu halten und gleichzeitig die wertvollen Informationen zu erhalten, die die pH-Skala darstellt. Ein Zusammenhang zwischen dem pH-Wert und der Konzentration von Wasserstoffionen besteht darin, dass sie zusammen die Verwendung einer logarithmischen Skala ermöglichen. Je niedriger der pH-Wert, desto konzentrierter sind die Wasserstoffionen, da der pH-Wert den negativen Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration misst, was bedeutet, dass die Ionenkonzentration von 0.1 eins auf der pH-Skala und 0.001 drei ist.
Eine andere Denkweise ist, dass pH und Konzentration um den Faktor zehn linear verbunden werden und sich der pH-Wert um den Faktor eins ändert, wenn sich die Wasserstoffionenkonzentration um den Faktor zehn ändert. Die normale Beziehung wird als exponentiell bezeichnet und diese Verbindung hilft, mühsame Gleichungen zu vermeiden, die ein höheres mathematisches Niveau erfordern. Dadurch wird die gekrümmte Beziehung automatisch in eine lineare Beziehung geändert, bei der einfache Mathematik angewendet wird. Die gerade Linie kann Vorhersagen, Zusammenhänge zwischen verschiedenen Konzentrationen und Berechnungen einfach visualisieren.
Berechnungsähnlichkeiten
Ein weiterer Zusammenhang zwischen pH und Konzentration besteht darin, dass beide auf ähnliche Weise berechnet werden. Die Lösungskonzentration misst, wie viel von einem bestimmten Atom oder Molekül im Vergleich zur gesamten Lösung vorhanden ist. Der pH-Wert ist eine spezielle Konzentrationsmessung, die berücksichtigt, wie viele Wasserstoffionen sich in einer Lösung im Vergleich zu allem anderen befinden. Die meisten anderen Konzentrationsberechnungen verwenden nicht die pH-Skala. Viele verwenden eine Einheit namens Molarität, die die Menge an Atomen oder Molekülen ist, die pro Liter Lösungsmittel verfügbar sind.
Als Änderungsverläufe
Zusammen bestimmen pH-Wert und Konzentration vorhersagbare Veränderungen der Eigenschaften jeder gegebenen Säure- oder Basenlösung. Dies kann gezeigt werden, indem sowohl ein Lösungsmittel, das in einem gelösten Stoff, wie Salzwasser, gelöst ist, als auch ein reines Lösungsmittel zum Sieden erhitzt wird. Die Temperatur, bei der eine Lösung zu sieden beginnt, ist unterschiedlich, so dass sich die Eigenschaften der Umwandlung von flüssig zu gasförmig ändern, indem die Konzentration des gelösten Stoffes erhöht wird. In ähnlicher Weise ist es möglich, entweder die Siedetemperatur einer Lösung zu erhöhen oder die Gefriertemperatur zu senken. Zum Beispiel bewirkt die Zugabe einer kleinen Menge Bicarbonatsalz zu Wasser dies, indem die Basensalzkonzentration erhöht und der pH-Wert erhöht wird.