Hvað er sýrustig (pH)?

Svar

Upphafleg spurning var: "Hvert er sýrustig (pH) vatns?" en hér er í rauninni svarað víðtækari spurningu.


Sýrsutig (pH) ómengaðs vatns við stofuhita (25°C) hefur gildið 7.


Sýrustig (pH) vatnslausna er mælikvarði sem segir til um það hversu súrar viðkomandi lausnir eru. Sýrustig ákvarðast af magni hlaðinna vetnisjóna, H⁺, í vatnslausninni. Í hverri sameind vatns eru tvö vetnisatóm (H) og eitt súrefnisatóm (O) og er hún auðkennd með tákninu H₂O. Örlítill hluti allra vatnssameindanna í vatni klofnar þó í jákvætt hlaðnar vetnisjónir (H⁺) annars vegar og neikvætt hlaðnar jónir, OH^-, hins vegar. Þetta má tákna með eftirfarandi hætti:

H₂O -> H⁺ + OH^-

Magn eða styrkur sameinda eða jóna í vatni eða vatnslausn er gefið til kynna með því að tilgreina fjölda þeirra í hverjum lítra. Til þess er notuð sérstök mælieining sem hefur einkennisbókstafinn M, sem stendur fyrir fjölda móla í einum lítra. Í hreinu vatni við stofuhita (25°C) er styrkur H₂O sameinda um 55,5 M, en styrkur H⁺ og OH^-, hvors um sig, einungis um 0,000.0001 M. Síðarnefndu styrktöluna má tákna sem 10^-7, þar sem -7 er veldisvísir styrktölunnar. Talan 7 er = 1 + fjöldi núlla sem fyrir koma í styrktölunni, sjá nánar í lok svarsins. Til enn frekari einföldunar er látið nægja að tiltaka einungis töluna sem fyrir kemur í veldisvísinum (það er 7 í þessu tilfelli). Sú tala er nefnd sýrustig og táknuð sem pH.

Fyrir vatnslausnir sem innihalda jafnframt önnur efni (aðrar sameindir) getur styrkur H⁺ verið frábrugðinn því sem gildir um hreint vatn. Ef slík röskun orsakar aukningu í styrk eða styrktölu H⁺ er talað um að lausnin verði súr, en ef styrkur H⁺ minnkar er talað um að lausnin verði basísk. Þannig er til dæmis styrkur H⁺ í sítrónusafa meiri en 0,000.0001 M (10^-7 M) en styrkur H⁺ í vítisódalausn er minni. Dæmi um súra lausn væri lausn þar sem styrkur H⁺ er 0,001 M (það er styrkur H⁺ = 10^-3 M og pH = 3), en dæmi um basíska lausn væri lausn þar sem styrkur H⁺ er 0,000.000.001M (það er styrkur H⁺ = 10^-9 M og pH = 9). Af þessu er ljóst að talan um sýrustig (pH) lækkar eftir því sem lausnin verður súrari eða að “öfug tengsl” eru milli sýrustigs (pH gildis) og sýrustyrks.


Almennt er styrkur H⁺ táknaður með jöfnunni

[H⁺] = 10^-pH

og þá gildir samkvæmt reglum stærðfræðinnar að

pH = -log[H⁺]

þar sem “log” stendur fyrir lografallið (logaritma) með grunntölunni 10.