Wartość pH jest rodzajem miary, który określa stopień kwasowości roztworu. Produkty o wartościach pH poniżej 7 nazywamy kwasami. Produkty o wartościach pH większych niż 7 to zasady. Skala ta została opracowana w 1909 r. przez duńskiego biochemika Sorena Sorensena, a litery „p” i „H” oznaczają kolejno, łacińskie słowo potentio – potęga oraz atom wodoru, zapisany w tablicy Mendelejewa jako H (hydrogenium).

Skala pH ma piętnaście stopni, a środkowa wartość – 7 – oznacza odczyn neutralny, obojętny. Roztwory umiejscowione w okolicy 0 nazywamy silnymi kwasami, natomiast po przeciwnej stronie, w pobliżu 14 – silnymi zasadami. Odczyn kwasowy świadczy o obecnym w roztworze nadmiarze ilości jonów wodorowych [H3O+], a zasadowy o nadmiarze jonów wodorotlenowych [OH–].

Wskaźnik pH – czym jest?

Definicja podkreśla, że pH jest ujemnym logarytmem ze stężenia jonów wodorowych. W tym przypadku do obliczenia tej wartości wykorzystuje się pojęcie stężenia molowego. Wszystkie związki chemiczne można podzielić na podstawie pH. Z tego względu pH jest często traktowane jako miara kwasowości roztworu.

pH dla chemika – dlaczego jego znajomość jest ważna? Ze względu na to, że pozwala:

  • określić odczyn roztworu,
  • przewidzieć możliwość zajścia reakcji chemicznej,
  • dostosować warunki do uprawy niektórych roślin,
  • dostosować procesy.

Jak zostało już wspomniane, z wartością pH wiąże się pojęcie skali pH. Obejmuje ona zakres od 0 do 14 i stanowi bardzo pomocne narzędzie do uporządkowania roztworów według ich odczynu chemicznego. Zgodnie z jej założeniami, roztwory, które mają wartość pH:

  • mniejszą niż 7 (<7) – są kwasowe (charakterystyczne dla roztworów kwasów);
  • równą 7 – są obojętne;
  • większą niż 7 (>7) – są zasadowe (charakterystyczne dla roztworów zasad).

Bardzo stężone roztwory mogą osiągnąć wartość poniżej 0 lub powyżej 14, czyli poza skalą pH.

Wskaźniki pH

Wskaźnikami pH (zwane inaczej indykatorami) to określone substancje chemiczne, które w zależności od środowiska, w jakim się znajdują, przyjmują wybrane zabarwienie.

Ich barwa jest stała w roztworze o określonym odczynie. Zmienność ich zabarwienia w zależności od odczynu jest spowodowana tym, że w roztworach ustala się równowaga pomiędzy postacią niezdysocjowaną tego związku (o barwie A), a zdysocjowaną (o barwie B).

Najpopularniejsze wskaźniki pH to:

  • błękit bromotymolowy – stanowi pochodną błękitu tymolowego. Ma szeroki zakres zmiany barwnika: od żółtej (odczyn kwasowy), przez zieloną (odczyn obojętny), do granatowej (odczyn zasadowy);
  • czerwień metylowa – barwnik azowy. Zmienia barwę od ciemnoczerwonej do żółtej w zakresie wartości pH 4,2 do 6,3. Stosowana głównie w alkacymetrii;
  • fenoloftaleina – najczęściej wykorzystywany wskaźnik w laboratoriach chemicznych. W roztworach obojętnych jest bezbarwna, natomiast w środowisku zasadowym zmienia barwę na charakterystyczną malinową;
  • oranż metylowy – w obecności kwasów przyjmuje intensywne czerwone zabarwienie (pH < 3,2) lub żółte (pH > 4,4). Jest stosowany w formie wodnego roztworu;
  • zieleń bromokrezolowa – stosowana w większości analiz związków organicznych. W roztworach kwaśnych jest żółta, a pod wpływem zasad zmienia zabarwienie na niebieskie.

Naturalne wskaźniki pH

Pod wpływem zmian odczynu środowiska zróżnicowane barwy przybierają nie tylko związki używane w laboratoriach, ale też substancje występujące w produktach naturalnych. To właśnie naturalne wskaźniki pH.

Zjawisko zmiany barwy możemy zaobserwować choćby w szklance z czarną herbatą. Gdy wciśniemy do niej kilka kropel cytryny, czerń „rozrzedzi się” i będzie bardziej żółta. Z drugiej strony: jeśli dosypiemy sodę oczyszczoną, herbata zrobi się bardziej brązowa. To zabieg dobrze znany pokoleniom, które żyły w PRL. Gdy susz herbaciany był drogi (i pożądany), w tanich barach niekiedy dosypywano do cienkiej herbaty odrobinę sody. Zyskiwała ładniejszy kolor, klientowi wydawało się, że kupił produkt dobrej jakości. Z zaoszczędzonego w ten sposób suszu można było zrobić więcej herbaty. Sama oszczędność.

Domowym wskaźnikiem pH jest też czerwona kapusta. Popularny szkolny eksperyment polega na pokrojeniu drobno liści, zalaniu ich wodą i zagotowaniu w rondelku. Gdy przestygną, należy odcedzić liście od wywaru, który w międzyczasie zabarwił się na fioletowo. Ponadto są potrzebne 3 szklane pojemniki z wodą. W jednym ma pozostać sama woda, do drugiego wsypuje się kwasek cytrynowy lub sok z cytryny, a do trzeciego – odrobinę sody oczyszczonej.

Do każdego pojemnika wlewa się następnie przestudzony wywar z kapusty. Woda z cytryną staje się różowa, woda z sodą oczyszczoną – niebiesko-zielona. Czysta woda pozostaje fioletowa, tak, jak sam wskaźnik. Różowe zabarwienie wywaru z kapusty wskazuje, że jest on kwaśny, zaś niebiesko-zielone – że jest zasadowy. Znając tę regułę, możemy sprawdzać kwasowość lub zasadowość innych substancji znajdujących się w domu.

Naturalnymi wskaźnikami pH są niektóre kwiaty. Wystarczy je obserwować, by ocenić pH gleby.

  • Hortensja, która rośnie na glebie lekko kwaśnej (pH 5–6,5), jest niebieska, a w glebie bardziej kwaśnej (4–4,5) staje się fioletowa. W przypadku gleb zasadowych (pH powyżej 6,5) otrzymamy różne odcienie różowego.
  • Niebieski kolor niezapominajek świadczy o tym, że gleba jest obojętna lub lekko zasadowa. Jeśli niezapominajka rośnie na glebie kwaśnej, kwiaty mają barwę różową.

Z lekcji chemii (albo reklam telewizyjnych) każdy pewnie kojarzy papierek lakmusowy, czyli pasek papieru, który zwilża się badanym roztworem. Sam lakmus jest produktem naturalnym występującym w wielu gatunkach porostów występujących u wybrzeży Morza Śródziemnego i Oceanu Atlantyckiego.