If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Pokud používáš webový filtr, ujisti se, že domény: *.kastatic.org and *.kasandbox.org jsou vyloučeny z filtrování.

Hlavní obsah

Kurz: AP®︎ Chemistry > Kapitola 12

Lekce 1: Kyseliny, zásady a pH
Přírodní vědy
AP®︎ Chemistry
Acids and bases
Kyseliny, zásady a pH
© 2024 Khan AcademyPodmínky poskytování služebZásady ochrany osobních údajůZásady používání souborů cookie

pH, pOH a stupnice pH

Učebna Google
Co jsou to pH, pOH a jak souvisí se stupnicí pH? Ukážeme si, jak vypočítat pH silné kyseliny či zásady. Také zavedeme vztah mezi silnou kyselinou jejím pH v roztoku. 

Co je potřeba si zapamatovat

  • Hodnoty [H+] a pH můžeme mezi sebou převádět podle vztahu:
pH=−log⁡[H+][H+]=10−pH
  • Hodnoty [OH−] a pOH můžeme mezi sebou převádět podle vztahu:
pOH=−log⁡[OH−][OH−]=10−pOH
  • Pro jakýkoli vodný roztok o teplotě 25∘C platí:
pH+pOH=14.
  • Při každém 10násobném navýšení koncentrace [H+] se pH sníží o 1 a naopak.
  • Hodnotu [H+] a pH ovlivňuje jak síla kyseliny, tak její koncentrace.

Úvod

Ve vodném roztoku je kyselina definována jako jakékoli chemické individuum, které zvyšuje koncentraci H+(aq), zatímco zásada zvyšuje koncentraci OH−(aq). Typické koncentrace těchto iontů v roztoku mohou být velmi malé, ale i velmi vysoké.
Fialovomodré hortenzie vedle narůžovělých hortenzií.
Barva květů hortenzie se může lišit v závislosti na pH půdy. Modré květy obvykle rostou na rostlinách na kyselé půdě s pH nižším než 6 a růžové květy rostou na rostlinách na zásadité půdě s pH vyšším než 6. Foto z Wikimedia Commons, CC BY 2.0
Například vzorek čisté vody o teplotě 25∘C obsahuje 1,0⋅10−7 M vodíkových kationtů H+ a hydroxidových aniontů OH−. Pro srovnání, koncentrace H+ v žaludeční šťávě bývá přibližně 1,0⋅10−1M. To znamená, že hodnota [H+] žaludeční šťávy je asi o 6 řádů vyšší, než je tomu v případě vody.
Práce s takovými čísly může být trochu krkolomná, proto vědci a vědkyně převádí tyto hodnoty na pH nebo pOH. Pojďme se podívat na definice pH a pOH.

Definice pH a pOH

Vztah mezi [H+] a pH

pH vodného roztoku vypočítáme z [H+] pomocí následující rovnice:
pH=−log⁡[H+](Rovn. 1a)
Malé p značí „−log10“. Ve výpočtech se základ logaritmu 10 často vynechává kvůli zkrácení rovnice.
Pokud například máme roztok [H+]=1⋅10−5 M, můžeme pH vypočítat pomocí Rovn. 1a:
pH=−log⁡(1⋅10−5)=5,0
Když známe pH roztoku, můžeme určit [H+]:
[H+]=10−pH(Rovn. 1b)

Vztah mezi [OH−] a pOH

pOH vodného roztoku je stejným způsoben odvozeno z hodnoty [OH−]:
pOH=−log⁡[OH−] (Rovn. 2a)
Pokud například máme roztok s [OH−]=1⋅10−12 M, pak můžeme pOH vypočítat pomocí Rovn. 2a:
pOH=−log⁡(1⋅10−12)=12,0
Když známe pOH roztoku, můžeme také vypočítat [OH−]:
10−pOH=[OH−](Rovn. 2b)

Vztah mezi pH a pOH

Na základě rovnovážných koncentrací kationtů H+ a OH− ve vodě platí následující vztah pro jakýkoli vodný roztok při teplotě 25∘C:
pH+pOH=14  (Rovn. 3)
Tento vztah lze použít také k převodu mezi pH a pOH. V kombinaci s Rovn. 1a/b a Rovn. 2a/b vždy můžeme pochopit vztah pOH a/nebo pH s [OH−] a [H+]. Odvození této rovnice najdeš ve článku o autoionizaci vody.

Příklad 1: Výpočet pH silně zásaditého roztoku

Pokud použijeme 1,0 mmol NaOH k výrobě 1,0 l vodného roztoku při teplotě 25∘C, jaké bude pH výsledného roztoku?
Hodnotu pH roztoku NaOH zjistíme pomocí vztahů mezi [OH−], pH a pOH. Na výpočet se podíváme krok za krokem.

Krok 1: Výpočet molární koncentrace (molarity) NaOH

Molární koncentrace je počet molů dané látky v jednom litru roztoku:
Molární koncentrace=mol rozpuštěné látkylitr roztoku
Pro výpočet molární koncentrace NaOH můžeme použít známé hodnoty pro mol NaOH a množství roztoku:
[NaOH]=1,0 mmol NaOH1,0 l=1,0⋅10−3 mol NaOH1,0 l=1,0⋅10−3 M NaOH
Koncentrace NaOH v roztoku je 1,0⋅10−3 M.

Krok 2: Výpočet koncentrace aniontu OH− na základě disociace sloučeniny NaOH

Protože NaOH je silně zásaditý roztok, ve vodném roztoku se plně disociuje do základních složek:
NaOH(aq)→Na+(aq)+OH−(aq)
Tato vyčíslená rovnice nám říká, že každý mol NaOH ve vodném roztoku vyprodukuje jeden mol aniontu OH−. To znamená, že mezi [NaOH] a [OH−] je následující vztah:
[NaOH]=[OH−]=1,0⋅10−3 M

Krok 3: Výpočet pOH z koncentrace aniontu OH− pomocí Rovn. 2a

Když už známe koncentraci OH−, můžeme vypočítat pOH pomocí Rovn. 2a:
pOH=−log⁡[OH−]=−log⁡(1,0⋅10−3)=3,00
To znamená, že pOH tohoto roztoku je 3,00.

Krok 4: Výpočet pH z pOH pomocí Rovn. 3

Hodnotu pH z pOH vypočítáme pomocí Rovn. 3. Z rovnice vyjádříme pH:
pH=14−pOH
K vypočítání pH můžeme dosadit hodnotu pOH, kterou jsme vypočítali v kroku 3:
pH=14−3,00=11,00
To znamená, že pH našeho roztoku NaOH je 11,00.

Stupnice pH: Kyselé, zásadité a neutrální roztoky

Převod [H+] na pH je praktickým způsobem, jak zjistit relativní kyselost či zásaditost roztoku. Díky stupnici pH dokážeme snadno seřadit různé látky na základě jejich hodnoty pH.
Stupnice pH odpovídá záporně vzaté logaritmická stupnici. „Logaritmická“ znamená, že pH se mění o 1 jednotku při každé 10násobné změně v koncentraci H+. Záporné znaménko před číslem znamená, že mezi pH a [H+] je inverzní vztah: když se pH zvýší, [H+] se sníží, a naopak.
Na následujícím obrázku vidíme stupnici pH, na níž jsou označeny hodnoty pH několika běžných látek. Jedná se o hodnoty pH při teplotě 25∘C. Pamatuj, že existují i záporné hodnoty pH.
Stupnice pH od -1 do 14.
Stupnice pH. Kyselé roztoky mají hodnotu pH nižší než 7, zásadité roztoky mají hodnotu pH vyšší než 7. Obrázek z UCDavis ChemWiki, CC BY-NC-SA 3.0 US.
Důležitá milníky pro vodné roztoky při teplotě 25∘C:
  • Neutrální roztoky mají pH=7.
  • Kyselé roztoky mají pH<7.
  • Zásadité roztoky mají pH>7.
Čím nižší je hodnota pH, tím kyselejší roztok je, a tím vyšší je v něm koncentrace kationtů H+. Čím nižší je hodnota pH, tím zásaditější roztok je, a tím nižší je v něm koncentrace kationtů H+. Kyselost nebo zásaditost roztoku bychom také mohli popsat pomocí pOH, ale použití pH je běžnější. Převod mezi hodnotami pH a pOH je naštěstí snadný.
K zamyšlení: Co je podle stupnice pH kyselejší−pomerančový džus, nebo ocet?

Příklad 2: Výpočet pH zředěného silně kyselého roztoku

Máme 100 ml roztoku kyseliny citronové, jehož hodnota pH je 4,0. Roztok zředíme vodou tak, že výsledný objem kapaliny je 1,0 l.
Jaké bude pH roztoku po zředění?
Existuje několik způsobů, jak tento příklad vypočítat. Ukážeme si dvě metody.

Metoda 1. Použití vlastností logaritmické stupnice

Vzpomeň si, že stupnice pH je záporná logaritmická stupnice. To znamená, že v případě, že se koncentrace kationtu H+ sníží o jeden násobek 10, pak se hodnota pH zvýší o 1 jednotku.
Protože původní objem, 100 ml, je desetina celkového objemu po zředění, koncentrace H+ v roztoku se snížila o násobek 10. To znamená, že pH roztoku se zvýší o 1 jednotku:
pH=původní pH+1,0=4,0+1,0=5,0
To znamená, že pH zředěného roztoku je 5,0.

Metoda 2. Použití molů H+ k výpočtu pH

Krok 1: Výpočet molů H+

Pro výpočet molů kationtů H+ v roztoku můžeme použít pH a objem původního roztoku.
moly H+=[H+]původní⋅objem=10−pHM⋅objem=10−4,0M⋅0,100 l=1,0⋅10−5molů H+

Krok 2: Výpočet molární koncentrace kationtu H+ po zředění

Molární koncentraci zředěného roztoku můžeme vypočítat pomocí molů kationtu H+, a to z původního roztoku a celkového množství roztoku po zředění.
[H+]konečná=moly H+objem roztoku v l=1,0⋅10−5mol H+1,0l=1,0⋅10−5M

Krok 3: Výpočet pH z [H+]

K výpočtu pH pak můžeme použít Rovn. 1a:
pH=−log⁡[H+]=−log(1,0⋅10−5)=5,0
Výsledek metody 2 je stejný jako výsledek metody 1, hurá!
Metoda 2 má více mezikroků, ale vždy ji můžeme použít k nalezení změn v pH. Metoda 1 se pak hodí v situacích, kdy se koncentrace mění v násobcích 10. Metodu 1 také můžeme použít pro rychlé zjištění změn v pH.

Vztah mezi pH a sílou kyseliny

Na základě rovnice pro výpočet pH víme, že pH souvisí s [H+]. Je ale důležité si pamatovat, že pH nemá vždy přímou souvislost se sílou kyseliny.
Síla kyseliny závisí na stupni, do jakého kyselina disociuje v roztoku: čím silnější je kyselina, tím vyšší je [H+] v koncentraci kyseliny. Například 1,0M roztoku silné kyseliny HCl má vyšší koncentraci H+ než 1,0M roztoku slabší kyseliny HF. Takže pro dva roztoky jednosytné kyseliny o stejné koncentraci platí, že jejich pH bude úměrné síle kyseliny.
Obecněji řečeno, jak síla kyseliny, tak i koncentrace určují [H+]. Z toho důvodu nelze předpokládat, že pH roztoku silné kyseliny bude nižší než pH roztoku slabé kyseliny. Na koncentraci kyseliny také záleží!

Shrnutí

Ruka, která drží mokrý indikační pH papírek se čtyřmi proužky (zleva doprava): oranžová, zelenohnědá, žlutá a červenooranžová. Ruka indikační papírek drží u referenční barevné stupnice hodnot a barev pH. Barva mokrého indikačního papírku odpovídá pH o hodnotě 7.
Indikační pH papírek můžeme použít ke změření pH vodného roztoku. Barva indikačního papírku odpovídá pH o hodnotě 7. Foto z Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.5
  • Hodnoty [H+] a pH můžeme mezi sebou převádět podle vztahu:
pH=−log⁡[H+][H+]=10−pH
  • Hodnoty [OH−] a pOH můžeme mezi sebou převádět podle vztahu:
pOH=−log⁡[OH−][OH−]=10−pOH
  • Při každém 10násobném navýšení koncentrace [H+] se pH sníží o 1 a naopak.
  • Pro jakýkoli vodný roztok o teplotě 25∘C platí:
pH+pOH=14.
  • Hodnotu [H+] a pH ovlivňuje jak síla kyseliny, tak její koncentrace.

Příklad 1: Výpočet pH silně zásaditého roztoku při teplotě 25∘C

Máme 200 ml roztoku s 0,025M koncentrací Ca(OH)2. Přidáme vodu a výsledný zředěný roztok bude mít 1,00 l.
Jaké bude pH roztoku po zředění?
Vyber 1 odpověď:

Chceš se zapojit do diskuze?

Přihlášení
Zatím žádné příspěvky.
Umíš anglicky? Kliknutím zobrazíš diskuzi anglické verze Khan Academy.