Relatie tussen waterstofionen en pH

pH is een belangrijke parameter die wordt gemeten bij het bepalen van de waterkwaliteit. Het geeft aan of een waterbron van goede kwaliteit is om te worden gebruikt voor drinkdoeleinden en andere behoeften van huishoudens. Bovendien is het handhaven van de juiste pH ook van cruciaal belang voor sommige chemische reacties. De pH van een systeem is afhankelijk van de concentratie van waterstofionen die in dat systeem aanwezig zijn. De concentratie van waterstofionen in een oplossing is de hoeveelheid waterstofionen (in de eenheden van mol) aanwezig in een liter oplossing. pH is de logaritmische waarde van de inverse van de waterstofionenconcentratie. Dit is de relatie tussen waterstofionen en pH.

Key Areas Covered

1. Wat zijn waterstofionen
      - Definitie, eigenschappen
2. Wat is pH
      - Definitie, eigenschappen, schaal en afmetingen
3. Wat is de relatie tussen waterstofionen en pH
- Uitleg met voorbeelden

Sleutelbegrippen: zuurgraad, alkaliteit, basiciteit, waterstofionen, hydroniumion, pH, proton

Wat zijn waterstofionen

Waterstofionen zijn de ionische vormen van het element Waterstof; dit wordt gegeven door het symbool H⁺. Een ion wordt gevormd wanneer elektronen worden verwijderd of toegevoegd aan een atoom. Wanneer elektronen uit een atoom worden verwijderd, wordt het een kation. Wanneer elektronen worden toegevoegd aan een atoom, wordt het een anion. Waterstof heeft slechts één elektron in zijn neutrale atomen in de gasfase. De meest stabiele isotoop van waterstof bevat een proton in zijn kern. Daarom wordt de positieve lading van de kern (door de aanwezigheid van proton) geneutraliseerd door het enige elektron dat het heeft. Maar wanneer dit elektron wordt verwijderd uit het waterstofatoom, is alleen het positief geladen proton aanwezig. Daarom wordt waterstof een waterstofion. Waterstofion is dus slechts een proton.

In waterige oplossingen is dit waterstofion of proton in combinatie met H₂O (water) moleculen. Dan wordt het a genoemd hydronium ion. Het symbool voor hydronium-ion is H₃O⁺. Dit symbool is gemaakt op H⁺-H₂O combinatie.

Figuur 1: De chemische structuur van Hydronium-ion

Zuurgraad van een verbinding wordt bepaald door zijn vermogen om waterstofionen (of protonen) vrij te maken. Daarom zijn sterke zuren verbindingen die volledig kunnen ioniseren en alle waterstofionen die ze hebben vrijlaten. Zwakke zuren zijn verbindingen die gedeeltelijk kunnen dissociëren in zijn ionen en sommige waterstofionen kunnen afgeven. De hoeveelheid waterstofionen aanwezig in een systeem kan worden bepaald door te kijken naar de pH van dat systeem. Zuren op basis van zuur zijn voornamelijk gebaseerd op waterstofionen die in een systeem aanwezig zijn. Een base kan worden gebruikt voor het bepalen van het aantal waterstofionen dat aanwezig is in een waterige oplossing van een zuur.

Verder kunnen waterstofionen ook anionen zijn. Aangezien waterstofatoom een ​​ongepaard elektron in de 1s-orbitaal heeft, kan het een ander elektron naar de s-orbitaal krijgen om de orbitaal te voltooien en de elektronenconfiguratie van Helium (He) te verkrijgen. Dan wordt het aangegeven als H^-. Dit gebeurt omdat het waterstofatoom bestaat uit een proton en er geen andere positieve lading in het atoom is om het binnenkomende elektron te neutraliseren.

Over het algemeen heeft waterstof de neiging om het positieve ion te vormen, omdat het een minder elektronegativiteit heeft in vergelijking met de meeste andere elementen. Maar wanneer het is gebonden aan elementen zoals metalen met een zeer lage elektronegativiteit dan waterstof, heeft het de neiging om anionen te vormen in plaats van kationen..

Wat is pH

pH is de logaritmische waarde van de inverse van de waterstofionenconcentratie (nauwkeuriger gezegd de activiteit van waterstofionen). pH is eigenlijk een schaal die wordt gebruikt om de zuurgraad of basiciteit (Alkaliteit) van een systeem te bepalen. Logaritmische waarde is omdat de waterstofionenconcentratie in een oplossing een zeer lage hoeveelheid heeft. Bijvoorbeeld, de waterstofionenconcentratie van zuiver water op 25^OC is ongeveer 10^-7 mol / L. Daarom wordt de concentratie van waterstofionen beschouwd in plaats van de activiteit en wordt de logaritmische waarde gebruikt om het gemakkelijk te maken deze concentraties te identificeren en te vergelijken. Bij de berekening van de pH moeten de eenheden waterstofionenconcentratie worden genomen in mol / L.

De pH-schaal varieert van 1 tot 14. pH 7 wordt beschouwd als de neutrale pH van een systeem. Zuren hebben pH-waarden van minder dan 7 en basen hebben hun pH-waarde boven pH 7. Sterke zuren tonen pH-waarden van 1 tot 3, terwijl zwakke zuren pH-waarden van 4 tot 6 tonen. Als een systeem een ​​pH-waarde heeft in de buurt van 14, wordt het overwogen zo sterk basaal.

Figuur 2: pH-schaal

De pH kan met verschillende methoden worden gemeten. Lakmoespapier kan worden gebruikt om te bepalen of een oplossing zuur of basisch is. pH-papier kan worden gebruikt om de pH-waarde als een geheel getal te bepalen. Titratiemethoden kunnen ook worden gebruikt.

Relatie tussen waterstofionen en pH

Er is een directe relatie tussen waterstofionen en pH. De pH van een oplossing hangt af van de waterstofionenconcentratie in die oplossing. pH-waarde is de logaritmische waarde van de inverse van de waterstofionactiviteit. Omdat de concentratie van de waterstofionen vaak erg laag is, wordt ionactiviteit beschouwd als gelijk aan de concentratie van waterstofionen. Vervolgens is de pH de logaritme van de inverse van de waterstofionenconcentratie.

pH = -log₁₀[een_H+]

Waar is de activiteit.

pH = -log₁₀[H⁺_(Aq)]

Daarom is er een directe relatie tussen de pH en de concentratie van waterstofionen in een oplossing.

Conclusie

De pH van een oplossing is hoofdzakelijk afhankelijk van de waterstofionenconcentratie in die oplossing. De waterstofionenconcentratie zal variëren afhankelijk van de chemische soorten die in die oplossing aanwezig zijn en de veranderingen in de temperatuur van die oplossing.

Referenties:

1. "Waterstofion." Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, inc., N.d. Web. Beschikbaar Hier. 26 juli 2017. 
2. "Wat is pH." .N.p., N.d. Web. Beschikbaar Hier. 26 juli 2017. 

Afbeelding met dank aan:

1. "Hydronium-3D-ballen" door Benjah-bmm27 - Eigen werk, Public Domain) via Commons Wikimedia