Forse la connessione più importante tra pH e concentrazione è che il pH è per sua stessa natura una misura della concentrazione di ioni idrogeno in una data soluzione. I composti con valori di pH elevati sono basici o alcalini, mentre quelli con valori inferiori sono acidi. Le letture variano tra zero e quattordici, con la media, sette, essendo pH neutro. Le proprietà di acidi e basi sono determinate sia dal pH che dalla concentrazione delle molecole di acido e base in una soluzione. In quanto tali, i due concetti vanno necessariamente di pari passo. È difficile parlare del pH di una data soluzione senza una certa comprensione della concentrazione degli elementi che contiene e conoscere la scomposizione della concentrazione di alcuni composti fa necessariamente luce sul suo pH. Chimici e ricercatori in genere calcolano i due insieme.
Comprensione del pH in generale
In generale, il pH è una misura della concentrazione di ioni idrogeno in una data soluzione. È stato ampiamente suggerito che le lettere “p” e “h” stiano per “potenza dell’idrogeno”, sebbene ciò non sia saldamente stabilito nella comunità scientifica. Ciò che viene stabilito, tuttavia, è l’importanza universale del pH; come misura viene utilizzato in tutti i tipi di applicazioni chimiche e matematiche ed è importante per un’ampia varietà di processi, dalla produzione di alimenti alla creazione di farmaci.
Su una scala logaritmica
Tutte le soluzioni hanno un pH specifico e sono realizzate con un solvente, solitamente acqua, e un soluto, che si scioglie facilmente nel solvente prescelto. L’uso di una scala logaritmica per il pH aiuta a mantenere la scala piccola pur conservando le preziose informazioni che la scala del pH rappresenta. Una connessione tra il pH e la concentrazione di ioni idrogeno è che insieme consentono l’uso di una scala logaritmica. Più basso è il pH, più concentrati sono gli ioni idrogeno, perché il pH misura il log negativo della concentrazione di ioni idrogeno, il che significa che la concentrazione di ioni 0.1 è uno sulla scala del pH e 0.001 è tre.
Un altro modo di pensare a questo è che il pH e la concentrazione diventano collegati linearmente di un fattore dieci e il pH cambia di un fattore uno quando la concentrazione di ioni idrogeno cambia di un fattore dieci. Si dice che la relazione normale sia esponenziale e questa connessione aiuta a evitare noiose equazioni che coinvolgono livelli più alti di matematica. Questo cambia automaticamente la relazione curva in una relazione lineare in cui si applica la matematica semplice. La linea retta può rendere facili da visualizzare previsioni, relazioni tra diverse concentrazioni e calcoli.
Somiglianze di calcolo
Un’altra connessione tra pH e concentrazione è che entrambi sono calcolati in modo simile. La concentrazione della soluzione misura la quantità di un certo atomo o molecola presente rispetto all’intera soluzione. Il pH è una misura di concentrazione speciale che considera quanti ioni idrogeno ci sono in una soluzione rispetto a tutto il resto. La maggior parte degli altri calcoli di concentrazione non utilizza la scala del pH. Molti usano un’unità chiamata Molarità, che è la quantità di atomi o molecole disponibili per litro di solvente.
Come cambia i gradienti
Insieme, pH e concentrazione determinano cambiamenti prevedibili alle proprietà di una data soluzione acida o basica. Ciò può essere dimostrato riscaldando a ebollizione sia un solvente disciolto in un soluto, come l’acqua salata, sia un solvente puro. La temperatura alla quale una soluzione inizia a bollire sarà diversa, quindi le proprietà di trasformazione da liquido a gas vengono modificate aumentando la concentrazione di soluto. Allo stesso modo, è possibile aumentare la temperatura di ebollizione o diminuire la temperatura di congelamento di una soluzione. Ad esempio, l’aggiunta di una piccola quantità di sale bicarbonato fa questo all’acqua aumentando la concentrazione di sale base e aumentando il numero di pH.