Scara pH si scara pK

Scara pH a activitatilor (concentratiilor) ionilor de hidrogen. Deoarece calculele cu valori mici ale concentratiei ionilor de hidrogen sunt anevoioase, S. Sörensen (1909) a propus, pentru simplificare, sa se exprime in forma logaritmica concentratia ionilor de hidrogen dintr-o solutie apoasa. Logaritmul, cu semn schimbat, al concentratiei ionilor de hidrogen dintr-o solutie se numeste exponent de hidrogen sau pH. Deci:
pH = -lg Csol
De exemplu, daca CH3O+ = 2 moli * 1-1, pH = -lg 2 = - 0,3.
Cu cat valoarea pH-ului este mai mica, cu atat activitatea ionilor de hidrogen este mai mare, deci caracterul solutiei este mai acid. Ca urmare, o solutie apoasa este:
Acida cand pH<7 Neutra cand pH=7 Bazica cand pH>7
In mod similar se pot exprimat activitatile (concentratiile) ionilor OH- prin:
POH- = -lg COH-
Exemplul 1. Sa se calculeze activitatea ionilor de hidrogen a unei solutii care are pH = 9,45.
Rezolvare: Relatia:
PH = -lg aH3O+ = 9,45
Se inmulteste cu (-1) si numarul –9,45 se descompune in diferenta 0,55-10 (deoarece mantisele – partea zecimala a unui logaritm – trebuie sa fie pozitive)
lg aH3O+ = 0,55-10
aH3O+ = 3,55*10-10 moli*1-1.
Exemplul 2. Sa se calculeze pH-ul unei solutii care are activitatea ionilor de hidrogen 3,4*10-5.
Rezolvare: Se tine seama de relatia:
PH = -lgaH3O+ = -lg3,4*10-5.
Logaritmul se descompune in suma a doi logaritmi:
PH = -(lg3,4 + lg10-5) = -(0,5351-5) = 4,47.
Masurea pH-ului unei solutii se face cu instrumente de precizie (pH-metre) sau cu ajutorul indicatorilor.


Scara pKa activitatilor ionilor de hidrogen. Pentru a nu se folosi doua scari diferite de activitati, una pentru taria acizilor si cealalta pentru taria bazelor conjugate, s-a recurs la foosirea unei singure scari.
Pentru aceasta se tine seama de ionizarea in solutie apoasa a unei baze si a acidului ei conjugat:
B + H2O BH+ + OH-
aBH+ * aOH-
Kb =
aB
BH+ + H2O B + H3O+
aB * aH3O+
Ka =
aBH+
Prin inmultirea celor doua constante:
aBH+ * aOH- aB * aH3O+
Kb * Ka = * = aH3O+ * aOH- = KH2O
aB aBH-
Prin logaritmarea constantelor:
-lg Ka = pKa;
-lg Kb = pKb;
-lg KH2O = pKH2O;
rezulta:
pKa + pKb = pKH2O.
tinand seama ca pKH2O are la 25°C valoarea 14, expresia pentru taria ionilor de hidrogen devine:
pKa = 14 – pKb.

Solutii tampon. Daca intr-o solutie se adauga un acid sau o baza, pH-ul solutiei se modifica simtitor. De exemplu, prin adaugarea a 0,10 moli HCl la 1 l apa, pH-ul scade de la 7 la 1. Tot asa, adaugarea a 0,10 moli NaOH la 1 l apa cauzeaza o crestere de pH de la 7 la 13.
Exista, insa, multe reactii chimice care depind de o anumita valoare de pH. Ca atare, aceasta nu trebuie sa variaze decat in anumite limite. Pentru a realiza aceasta se folosesc asa-numitele solutii tampon, care sunt solutii ce contin un acid slab sau o baza slaba si o sare a acidului sau a bazei. Exemple sunt solutia de acid acetic si acetat de sodiu sau solutia de amoniac si clorura de amoniu. (Se observa ca in aceste sisteme exista un ion comun: ionul acetat, rspectiv ionul amoniu.)
Valoarea pH-ului unor asemenea solutii este relativ constanta fata de adaosuri ulterioare de acid sau de baza. Astfel, o solutie care contine 0,5 moli * 1-1 CH3–COOH si 0,5 mol * 1-1 CH3–COONa, are pH = 4,76. Daca intr-o asemenea solutie se introduc 0,1 mol HCl/1, pH-ul solutiei devine 4,58, adica are o scadere de numai 0,18.
Explicatia este ca daca un acid tare este adaugat la o solutie tampon, el reactioneaza ca baza (A-) prezenta in solutie:
H3O- + A- HA + H2O.
In mod similar, daca in aceasi solutie tampon se adauga 0,1 moli NaOH/1, pH-ul solutiei este 4,94, adica are o crestere de numai 0,18.
Explicatia, si in acest caz, este ca daca o baza tare este adaugata la o solutie tampon, ea reactioneaza cu acidul (HA) din solutie:
OH- + HA A- + H2O
In fiecare caz, raportul acid-baza este modificat, dar numai cu influenta redusa asupra pH-ului solutiei.
Concentratia ionilor de hidrogen (oxoniu), adica pH-ul unei solutii tampon, se calculeaza dupa relatia:
aH3O+ = Ka Cacid /Csare
care poate fi exprimata in forma logaritmica:
pH = pKa – lg Cacid/Csare.
Se observa ca valoarea pH a unei solutii tamponm este dependenta de raportul concentratiilor celor doua componente.
Solutiile tampon au rol important nu numai in tehnica ci si in sistemele biologice. Formarea de acizi prin metabolisme ar conduce la o permanenta deplasare a pH-ului, daunatoare sanatatii. Sangele este protejat de doua solutii tampon: una contine acid carbonic – carbonat acid de sodiu, iar cealalta contine fosfat monosodic – fosfat disodic.





BIBLIOGRAFIE: Chimie Anorganica, de E. Beral si Mihai Zapan