Hva er pH? pH-skalaen og beregning forklart

pH forteller hvor sur eller basisk en løsning er. Ved 25 °C er pH under 7 surt, pH 7 nøytralt og pH over 7 basisk. Skalaen er logaritmisk: ett trinn ned betyr ti ganger høyere konsentrasjon av hydrogenioner.

Her lærer du hvordan pH-skalaen fungerer, hvordan du måler pH, og hvordan du regner på sterke og svake syrer og baser. Vi begynner med det grunnleggende og går videre til likevekt og SEL-tabell.

Hva betyr pH?

pH beskriver surhetsgraden i en vannløsning. Hydrogenioner binder seg til vannmolekyler og danner oksoniumioner, H₃O⁺. I pH-beregninger skriver vi ofte H⁺ som en kortform. Hakeparenteser, som [H⁺], betyr konsentrasjon i mol per liter.

pH-skalaen: surt, nøytralt og basisk

I mange skoleoppgaver bruker vi en pH-skala fra 0 til 14. Det dekker vanlige, fortynnede vannløsninger, men pH kan også være lavere enn 0 eller høyere enn 14. Grensene nedenfor gjelder ved 25 °C.

pH ved 25 °C	Type løsning
Under 7	Sur: mer H₃O⁺ enn OH⁻
7	Nøytral: like mye H₃O⁺ og OH⁻
Over 7	Basisk: mer OH⁻ enn H₃O⁺

Eksempler på pH-verdier

Løsning	Omtrentlig pH
Sitronsaft	2–3
Kaffe	Rundt 5
Rent vann ved 25 °C	7
Natron løst i vann	Rundt 8,3
Husholdningsammoniakk	Rundt 11–12

Verdiene er eksempler, ikke faste egenskaper ved alle produkter. Konsentrasjon, sammensetning og temperatur påvirker pH. Rent vann som står i kontakt med luft, kan dessuten ta opp CO₂ og bli svakt surt.

Hvorfor er pH-skalaen logaritmisk?

En løsning med pH 3 har ti ganger så høy konsentrasjon av hydrogenioner som en løsning med pH 4, og hundre ganger så høy som en med pH 5. Små forskjeller i pH kan derfor bety store forskjeller i konsentrasjon.

Formelen for pH

\mathrm{pH}=-\log[\mathrm{H}^+]

Bruk logaritmen med grunntall 10, altså log på kalkulatoren, og sett inn konsentrasjonens tallverdi i mol/L. Denne konsentrasjonsformelen er tilnærmingen vi vanligvis bruker for fortynnede løsninger på VGS.

Kjenner du pH og vil finne konsentrasjonen, regner du motsatt vei:

[\mathrm{H}^+]=10^{-\mathrm{pH}}\;\mathrm{mol/L}

Beregning av pH i sterke syrer og baser

Eksempel: pH i en sterk syre

Saltsyre, HCl, er en sterk syre som avgir ett proton per molekyl til vann. I en løsning med konsentrasjonen 0,010 mol/L kan vi derfor bruke [H⁺] ≈ 0,010 mol/L. Bidraget fra vannets egen protolyse er ubetydelig her.

\mathrm{pH}=-\log(0{,}010)=2{,}00

Dette fungerer direkte for sterke, enprotiske syrer ved vanlige konsentrasjoner. For svake syrer er ikke [H⁺] lik startkonsentrasjonen. Da trenger du en likevektsberegning, som vi viser lenger ned.

pH og pOH: slik regner du på en sterk base

For en basisk løsning finner vi ofte konsentrasjonen av hydroksidioner, OH⁻, først. Da beregner vi pOH:

\mathrm{pOH}=-\log[\mathrm{OH}^-]

Ved 25 °C gjelder sammenhengen:

\mathrm{pH}+\mathrm{pOH}=14

En løsning med 0,0010 mol/L NaOH gir omtrent samme konsentrasjon av OH⁻, fordi NaOH spaltes fullstendig i Na⁺ og OH⁻ i vann. Dermed får vi:

\mathrm{pOH}=-\log(0{,}0010)=3{,}00 \mathrm{pH}=14{,}00-3{,}00=11{,}00

Husk siste steg: pOH er ikke svaret hvis oppgaven spør etter pH. Temperaturen er også viktig. Nøytral pH er 7 ved 25 °C, men kan ha en annen verdi ved andre temperaturer.

Hva er forskjellen på sterke og svake syrer og baser?

En syre avgir protoner, H⁺, mens en base tar opp protoner. En sterk syre protolyseres tilnærmet fullstendig i vann. En svak syre protolyseres bare delvis. Eddiksyre og maursyre er eksempler på svake syrer. Ammoniakk og metylamin er svake baser som reagerer delvis med vann og danner OH⁻.

Ikke bland sammen sterk og konsentrert. Syrestyrke handler om hvor lett syren avgir protoner. Konsentrasjon handler om mengden syre per liter. En sterk syre kan være svært fortynnet, og pH avhenger av både syrestyrke og konsentrasjon.

Korresponderende syre-base-par

Når en syre avgir ett proton, blir det igjen en korresponderende base. Eddiksyre, CH₃COOH, og acetat, CH₃COO⁻, er et slikt par. De skiller seg med ett H⁺, og ladningen endres samtidig med én enhet. Et annet eksempel er H₂PO₄⁻ og HPO₄²⁻.

Hva forteller Ka og Kb?

Syrekonstanten Kₐ beskriver likevekten når en svak syre reagerer med vann. Jo større Kₐ er, desto sterkere er syren ved samme temperatur. Vi skriver en generell, enprotisk syre som HA og den korresponderende basen som A⁻:

\mathrm{HA}+\mathrm{H_2O}\rightleftharpoons\mathrm{H_3O^+}+\mathrm{A^-} K_a=\frac{[\mathrm{H_3O^+}][\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]}

Basekonstanten Kᵦ brukes tilsvarende for svake baser. For et korresponderende syre-base-par gjelder ved 25 °C:

K_a\cdot K_b=K_w=1{,}0\cdot10^{-14}

Har basen Kᵦ = 1,7 · 10⁻⁸, finner vi syrekonstanten til den korresponderende syren slik:

K_a=\frac{1{,}0\cdot10^{-14}}{1{,}7\cdot10^{-8}}\approx5{,}9\cdot10^{-7}

Du kan ikke bruke en tilfeldig syre og base i denne sammenhengen. De må være et korresponderende par. Hvor stor andel av en svak syre som protolyseres, avhenger dessuten av både Kₐ og konsentrasjonen.

Beregne pH i en svak syre med SEL-tabell

Vi skal finne pH i 0,20 mol/L eddiksyre med Kₐ = 1,8 · 10⁻⁵. Fordi eddiksyre er svak, må vi først finne hvor mye som protolyseres. En SEL-tabell viser start, endring og likevekt. Her er x konsentrasjonen av syre som reagerer, og alle verdiene er i mol/L.

	CH₃COOH	CH₃COO⁻	H₃O⁺
Start	0,20	0	≈ 0
Endring	−x	+x	+x
Likevekt	0,20 − x	x	≈ x

Vi ser bort fra det lille bidraget av H₃O⁺ fra vannet. Sett likevektskonsentrasjonene inn i uttrykket for Kₐ:

1{,}8\cdot10^{-5}=\frac{x^2}{0{,}20-x}

Hvis x er liten sammenlignet med 0,20, kan vi bruke 0,20 − x ≈ 0,20. Da blir regningen:

x\approx\sqrt{K_a\cdot c}=\sqrt{1{,}8\cdot10^{-5}\cdot0{,}20}\approx1{,}90\cdot10^{-3}\;\mathrm{mol/L} \mathrm{pH}\approx-\log(1{,}90\cdot10^{-3})\approx2{,}72

Til slutt sjekker vi tilnærmingen. Omtrent 0,95 % av syren har reagert. Det er under den vanlige 5 %-regelen, så forenklingen er rimelig. Løser du andregradslikningen uten forenklingen, får du også pH 2,72 avrundet til to desimaler.

For en svak base bruker du samme tankegang med Kᵦ og finner [OH⁻]. Deretter regner du ut pOH og til slutt pH. Ikke bruk kvadratrot-tilnærmingen ukritisk: kontroller at endringen er liten i forhold til startkonsentrasjonen.

Hvordan måle pH i praksis?

En syre-base-indikator skifter farge innenfor et bestemt pH-område. Den viser derfor et intervall eller en omtrentlig verdi, ikke nødvendigvis nøyaktig pH.

Metode	Hva viser den?
Bromtymolblått (BTB)	Gul ved lav pH, grønn rundt nøytral pH og blå ved høyere pH.
Fenolftalein	Fargeløs i sur og nøytral løsning, og rosa når løsningen blir tilstrekkelig basisk.
Universalindikator eller pH-papir	Fargen sammenlignes med en skala for å anslå pH.
pH-meter	Måler pH mer presist når det er riktig kalibrert og brukt.

Valg av indikator er spesielt viktig ved titrering av en svak syre. Indikatoren må skifte farge i riktig område for titreringen.

Hvorfor holder en buffer pH mer stabil?

En buffer inneholder vanligvis en svak syre og den korresponderende basen. Syredelen kan reagere med tilsatt base, mens basedelen kan reagere med tilsatt syre. Derfor endres pH mindre når vi tilsetter små mengder syre eller base. Buffere har begrenset kapasitet; de holder ikke pH uendret uansett hva vi tilsetter.

Vanlige feil når du beregner pH

Feil	Slik unngår du den
Å sette [H⁺] lik startkonsentrasjonen for en svak syre	Bruk Kₐ og en likevektsberegning.
Å bruke ln i stedet for log	pH-formelen bruker tierlogaritmen.
Å glemme minus foran log	Sjekk fortegnet i formelen.
Å svare med pOH	Regn videre til pH hvis det er det oppgaven spør om.
Å bruke Kₐ · Kᵦ for stoffer som ikke hører sammen	Kontroller at de utgjør et korresponderende syre-base-par.

Oppsummering

pH-skalaen forteller hvor sur eller basisk en løsning er. Når du skal regne ut pH, må du først finne riktig konsentrasjon av H⁺ eller OH⁻. For sterke syrer og baser er dette ofte rett fram. For svake syrer og baser bruker du likevekt, Kₐ eller Kᵦ og gjerne en SEL-tabell. Sjekk alltid forutsetningene og om svaret virker rimelig.

Vanlige spørsmål om pH

Lær mer om kjemi

Vil du bli tryggere på regningen? Se også hvordan du balanserer reaksjonslikninger. Du kan utforske flere kjemitemaer i guiden til entalpi og entalpiendringer.

I EnkelEksamen får du korte videoleksjoner og oppgaver som hjelper deg å forstå kjemien og øve i ditt eget tempo. Velg faget som passer deg: