Kyslosť

Látka  pH Kyselina v batériách <1,0 Žalúdočné kyseliny  2,0 Citrónová šťava  2,4 Coca-Cola  2,5 Ocot  2,9 Šťava z pomarančov alebo z jablka  3,5 Pivo  4,5 Káva  5,0 Čaj  5,5 Kyslý dážď  < 5,6 Sliny onkologických pacientov  4,5 - 5,7 Mlieko  6,5Destilovaná voda  7,0 Sliny zdravého človeka  6,5 - 7,4 Krv  7,34 - 7,45 Morská voda  8,0 Mydlo  9,0 - 10,0 Čpavok pre domáce použitie  11,5 Nehasené vápno  12,5 Hydroxid sodný pre domáce použitie  13,5

Kyslosť, nazývaná i acidita alebo vodíkový exponent a označovaná ako pH, je číslo, ktorým sa v chémii vyjadruje, či vodný roztok reaguje kyslo alebo zásadito. pH vodných roztokov nadobúda hodnoty od 0 do 14. Chemicky čistá voda pri 25 °C má pH 7, kyseliny od 0 do 7, zásady potom od 7 do 14. Rozsah pH stupnice je závislý od rozpúšťadla, v rozmedzí 0 až 14 je pH hodnota vo vode pri 25 °C.

Koncept merania pH uviedol v roku 1909 Søren Peder Lauritz Sørensen. 

 Názov 
Názov kyslosť vychádza z kyslej príchute kyslých roztokov. V označení pH predstavuje p záporný dekadický logaritmus a H je zjednodušený zápis pre [H], čo označuje koncentráciu H+ v roztoku; alternatívne, ale nesprávne vysvetlenie je, že skratka pH pochádza z latinského potentia hydrogenii alebo pondus hydrogenii, teda v preklade „sila/váha vodíka“.

 Definícia pH 
Hodnota pH je definovaná ako záporný dekadický logaritmus aktivity oxóniových katiónov, H3O+. V zriedených vodných roztokoch sa dá hodnota aktivity aproximovať hodnotou látkovej koncentrácie a potom platí:

kde  je relatívna koncentrácia vodíkových katiónov (bezrozmerná hodnota) alebo tiež

kde  je elektromotorická sila (EMF) alebo napätie galvanického článku.

Vo vodnom roztoku je vždy okrem molekúl H2O tiež prítomné určité množstvo oxóniových katiónov H3O+ a hydroxylových aniónov OH−. Súčin koncentrácií oboch týchto iónov je vo vodných roztokoch vždy konštantný. Je označovaný ako iónový súčin vody a jeho hodnota je 10−14. V čistej vode pri 25 °C je látková koncentrácia oboch iónov rovnaká, 10−7, čo zodpovedá pH 7. Kyslosť vzniká prebytkom katiónov H3O+. Zvýšením ich koncentrácie na stonásobok, čiže koncentráciu 10−5, zodpovedá pH 5. Zásaditosť je prebytok hydroxylových iónov na úkor oxóniových. Ak je v roztoku napríklad 1000× viac OH− ako vo vode, klesne koncentrácia iónov H3O+ na 10−10, čo zodpovedá pH 10.

Kyslosť nevodných roztokov (napríklad roztokov kyselín alebo hydroxidov v alkoholoch, ketónoch alebo aj v nepolárnych rozpúšťadlách) popisuje hodnota Hammetovej funkcie. Hodnota Hammetovej funkcie pre určité prostredie sa prakticky zisťuje na základe pomerov kyslej a zásaditej formy určitého acidobázického indikátora v mernom roztoku.

 Acidobázické indikátory 

Niektoré organické látky menia usporiadanie dvojitých väzieb v molekule v závislosti od pH prostredia, čo sa prejavuje zmenou zafarbenia roztoku – napríklad čaj mení farbu pridaním kyslej citrónovej šťavy. Takéto látky sa označujú ako acidobázické indikátory. Kyslosť možno merať pridaním indikátora do roztoku a porovnaním farby s kalibrovanou farebnou škálou. Používajú sa hlavne tieto látky:

 lakmus prechádza z kyslej červenej formy na zásaditú modrú.
 fenolftaleín prechádza z kyslej bezfarebnej formy na zásaditú fialovú oblasť pH 8,0 - 9,8.
 metylová oranž (metyloranž) prechádza z kyslej oranžovej formy na zásaditú žltú v oblasti pH 3,1 - 4,5.
 metylová červeň prechádza z kyslej červenej formy na zásaditú žltú v oblasti pH 4,4 - 6,3.
 brómtymolová modrá prechádza z kyslej žltej formy na zásaditú modrú v oblasti pH 6,0 - 7,6.
 tymolová modrá prechádza z kyslej červenej formy na zásaditú žltú v oblasti pH 1,2 - 2,8.
 metylová žltá prechádza z kyslej červenej formy na zásaditú žltú v oblasti pH 2,9 - 4,0.
 tymolftalein prechádza z kyslej bezfarebnej formy na zásaditú modrú v oblasti pH 9,3 - 10,5.
 kongočerveň prechádza z kyslej modrej formy, cez neutrálnu červenú na zásaditú oranžovú.

Farebné prechody indikátorov sa v praxi najčastejšie využívajú pri acidobázickej titrácii, ktorá slúži na určenie obsahu kyseliny alebo zásady v analyzovanej vzorke. Definovaný objem meranej vzorky s pridaním vhodného indikátora je pritom neutralizovaný roztokom kyseliny alebo zásady (typicky hydroxidu). Dosiahnutie bodu, keď je koncentrácia kyseliny a hydroxidu v rovnováhe (neutrálny roztok), takzvaného ekvivalenčného bodu, je určené zmenou farby príslušného indikátora. Z množstva a koncentrácie roztoku potrebného pre získanie neutrálneho roztoku sa jednoducho vypočíta obsah kyseliny alebo zásady v analyzovanom roztoku.

Pre hrubú orientáciu o kyslosti meraného roztoku sa na meranie pH používa lakmusový papierik, čo je prúžok papierika napusteného lakmusom. Presnejší údaj o kyslosti meraného roztoku poskytuje univerzálny indikátorový papierik, ktorého zafarbenie sa mení s pH meraného roztoku od červenej až po tmavo modrú (farebnú škálu vystihuje vedľajšia tabuľka hodnôt pH bežne sa vyskytujúcich roztokov).

 Inštrumentálne metódy merania pH 

Pre presné merania pH hodnôt vodných roztokov sa používa prakticky výlučne potenciometria s využitím sklenenej elektródy ako merného člena. Podstatou uvedenej metódy je presné meranie elektrického potenciálu medzi mernou (sklenenou) a referenčnou elektródou. Ako referenčná elektróda sa dá využiť prakticky každá elektróda II. typu, teda elektróda, ktorej potenciál zostáva konštantný pri zmene prostredia, do ktorého je ponorená. Najčastejšie sa uplatňuje kalomelová alebo argentochloridová porovnávacia elektróda.

Kyslosť merného roztoku určuje elektrický potenciál mernej sklenenej elektródy. Základnú časť sklenenej eletródy tvorí tenká stena miniatúrnej banky zo špeciálneho skla. Vnútorný objem banky je naplnený pufrom, teda roztokom s konštantným pH.

Elektrický potenciál medzi mernou a referenčnou elektródou sa meria citlivým potenciometrom, ktorý musí vykazovať vysoký vstupný odpor (minimálna požiadavka je 1014 Ω, kvalitné prístroje majú parametre o rád lepšie). Komerčne dodávané prístroje súčasne tvoria merania napätia medzi elektródami priamo na hodnotu pH, ktorú zobrazuje digitálne na displeji.

V súčasnej dobe sa potenciometrické meranie pH považuje za veľmi kvalitnú a komerčne zvládnutú inštrumentálnu techniku. Na trhu je celý rad prístrojov špičkovej kvality umožňujúcich meranie pH s rozlíšením na 0,01 až 0,001 jednotky pH. Súčasne sú k dispozícii cenovo dostupné prístroje pre meranie v teréne (úpravy a čističky odpadových vôd, sledovanie kyslosti zásobných roztokov v priemysle a iné), ktoré síce nedosahujú špičkovú presnosť merania, ale umožňujú rýchle a ľahké získanie terénnych dát.

Meranie pH sklenenou elektródou sa v súčasnej dobe neobmedzuje len na meranie kyslosti roztokov, ale je možné zakúpiť špeciálne elektródy na sledovanie kyslosti povrchov (napríklad navlhčený papier, zemina a podobne, vpichové elektródy pre meranie pH mäsa a iných potravín a iných). V medicíne slúžia miniatúrne pH elektródy na sledovanie pH krvi pacientov.

 Chuť 
Kyslosť patrí medzi päť základných chutí. Receptory na jazyku v podobe iónových kanálov špecificky reagujú na prítomnosť oxóniových katiónov H3O+ a vyvolávajú vnem, ktorý označujeme ako kyslosť.

 Iné projekty 

Kategória:Chuť
Kategória:Fyzikálna chémia
Kategória:Protolytické reakcie