1. Definitie 2. Waar komt de formule vandaan?

pH
1. Definitie
De pH is een maat voor de zuurtegraad van een waterige oplossing.
De pH van een neutrale waterige oplossing ligt bij kamertemperatuur rond de 7. Zure oplossingen
hebben een pH die lager is dan 7, basische oplossingen hebben een pH die hoger is dan 7.
De term pH :
p staat voor kracht/macht (Duits: Potenz)
macht van de concentratie aan waterstofionen.
H staat voor een waterstofion (H+)
In formulevorm: pH = -log(H3O+)
2. Waar komt de formule vandaan?
In water of in een waterige oplossing is een deel van de watermoleculen aanwezig in de vorm van
ionen. Twee watermoleculen worden gesplitst in ionen:
2H2O ↔ H3O+ + OHHet oplosbaarheidsproduct van beide ionen in water is 10 -14 mol/l bij kamertemperatuur. Dat wil
zeggen dat het product van de concentratie OH- en de concentratie H+ altijd gelijk is aan 10 -14 mol/l.
Voor zuiver water zijn er zoveel watermoleculen gesplitst dat de concentratie H+ gelijk is aan de
concentratie OH- en dus gelijk is aan 1 op 10 000 000 of 10-7.
De pH van zuiver water bedraagt dus volgens de formule: – log(10-7) = - (-7)log 10 = 7.
Een zure oplossing heeft meer H+ in oplossing, en dus een lagere pH waarde. Voor een basische
oplossing geldt het omgekeerde. De pH schaal gaat van 0 tot 14.
Bijvoorbeeld:
*In maagzuur zitten er 1.10-2 mol/l H+ ionen en 1.10-12 mol/l OH- ionen. De pH van maagzuur
bedraagt:
pH = - log (10-2) = 2.
*Toiletzeep bevat 1.10-10 mol/l H+ ionen en 1.10-4 mol/l OH- ionen. De pH van toiletzeep is dus:
pH = -log (10-10) = 10.
*Wat is de pH van een waterige oplossing met een concentratie van 2,04.10-8 H+ ionen? Is dat een
zuur of een base?
Antwoord: pH = -log (2,04.10-8) = 7,69. Een base
3. Buffer
Een buffer is een waterige oplossing van stoffen die zich in een bepaald evenwicht bevinden en een
bepaalde pH aannemen. Bij verdunning of bij toevoegen van een zuur of een base zal de pH
nagenoeg constant blijven.
Een bufferoplossing bestaat uit een zwak zuur en het zout van de geconjugeerde base of uit een
zwakke base en het zout van het geconjugeerde zuur.
HZ ↔ H+ + ZIn welke mate de reactie verloopt wordt gegeven door de Kz waarde of zuurconstante:
De reacties die optreden in een bufferoplossing:
1) HZ + H2O ↔ H3O+ + Z2) Z- + H2O ↔ HZ + OHSom: 2H2O ↔ H3O+ + OHHet principe van Le Châtelier is geldig, namelijk: als in een chemisch systeem een
evenwichtsverstoring optreedt, dan zal het evenwicht zodanig verschuiven dat die verandering
tenietgedaan wordt.
Met andere woorden, als er een zuur toegevoegd wordt aan het systeem, zal er aanvankelijk meer
H3O+ gevormd worden, maar het buffersysteem zorgt voor een verschuiving van het evenwicht van
reactie 1) naar rechts.
De oceanen en CO2 opslag
Er is een continue uitwisseling van koolstofdioxide tussen de atmosfeer en het oceaanoppervlak. Per
jaar wordt ongeveer 90 gigaton koolstof in warme gebieden door de oceanen afgegeven, en in
koudere gebieden terug opgenomen via het zee-oppervlak. De hoeveelheid en de richting van deze
uitwisseling worden vooral bepaald door de opervlaktetemperatuur. Koolstofdioxide lost een weinig
op in water en er onstaat koolzuur:
CO2 + H2O ↔ H2CO3
Koolzuur is een zwak zuur en splitst zich, er ontstaan bicarbonaat- en carbonaat-ionen:
H2CO3 ↔ HCO3- + H+ ↔ CO32- + 2H+
Toevoegen van CO2 aan water leidt dus tot de verzuring van de pH. Het buffersysteem zorgt ervoor
dat de reactie in de tegengestelde richting gaat. Dit heeft een negatieve invloed op de verdere
opname van CO2 uit de atmosfeer. Het is dus een negatief terugkoppelingseffect.
Het buffersysteem in de oceaan wordt voornamelijk bepaald door de vorm waarin koolstof erin
voorkomt. Koolstof bestaat als kalk (CaCO3), geproduceerd door zee-organismen, een klein beetje
koolstofdioxide (CO2) en koolzuur (H2CO3), samen met de bicarbonaationen (HCO3-) en
carbonaationen (CO32-)
De volgende reacties vinden allen in 2 richtingen plaats:
CO2 gas ↔ CO2 aq
CO2 aq + H2O ↔ H2CO3
H2CO3 ↔ H+ + HCO3HCO3- ↔ H+ + CO32CaCO3 + 2H+ ↔ H2CO3 + Ca2+
CO32- + Ca2+ ↔ CaCO3
De buffercapaciteit is de mate waarin een buffer kan weerstand bieden aan veranderingen in de pH.
Als er genoeg CO2 wordt toegevoegd kan dit uiteindelijk de buffercapaciteit doen overschrijden en
verzuring teweegbrengen.