Alain Guillemin
De pH-waarde heeft aan of het water zuur, basisch (ook alkalisch,verouderd) of neutraal is. Deze waarde is afhankelijk van de oplossing van bepaalde stoffen. Wanneer is nu het water zuur en wanneer basisch? Dit zal ik in dit artikel proberen te verklaren. Het is nu niet mijn bedoeling deze procedure gedetailleerd (hoewel) te bespreken en Uw kennis van scheikunde en wiskunde te beproeven. Toch is het nodig enkele formules te gebruiken en toe te lichten om het volledige proces en de belangrijkheid te verduidelijken.
Om alles beter te begrijpen moeten we eerst onze molecule zuiver water bestaande uit 2 atomen waterstof en 1 atoom zuurstof verder opsplitsen. Dan komen we tot de conclusie dat water bestaat uit vrije, positief geladen waterstofionen (H+) en negatief geladen hydroxide-ionen (OH-).
H2O < > H++ OH-
Door toevoeging van zuren of basen zal deze verhouding gewijzigd worden. Een toename van het ene zal altijd resulteren in een gelijkwaardige daling van het andere. Hieruit kunnen we besluiten dat: het product van de hydroxide- en de waterstofionen altijd constant blijft.
H+ x OH- = 1,0 x 10-14
Naar aanleiding van deze constante vergelijking is men overeengekomen enkel de hoeveelheid H+ ionen weer te geven en deze de “zuurgraad” te noemen.
Het symboul pH komt van “pondus hydrogenii” wat betekent gewicht (hoeveelheid) waterstofionen. In werkelijkheid wordt niet de waterstofionen concentratie aangegeven, maar de waterstofexponent die gelijk is aan het tegengestelde van de logaritme van de waterstofionen concentratie. Onder waterstofionen concentratie kunnen we verstaan: de activiteit van de waterstofionen die wijzigt afhankelijk van de temperatuur en met logaritme van een getal bedoelt men de exponent van de macht waartoe men het grondgetal moet vermenigvuldigen om dit getal te verkrijgen. Zo moet bijvoorbeeld het grondgetal 10 tot de 3de macht worden verheven om 1000 te verkrijgen (103 = 1000). Dus is 3 de logaritme van 1000 bij het grondgetal 10 (log3 = 1000). Zo is log 10-3 = -3 en log 10-7 = -7. De pH is in het laatste geval = 7 (de tegengestelde logaritme) en als volgt neutraal.
pH = -log (H+) x áf
á f is de activiteitsfactor
Zijn er nu in ons water meer waterstofionen dan hydroxide-ionen aanwezig dan is dat water zuur en ligt de pH-waarde tussen 1 en 7. Is de situatie omgekeerd dan is het water basisch of alkalisch en bereiken we waarden tussen de 7 en de 14. Hieruit kan men besluiten dat de pH steeds waarden bereikt tussen 1 en 14 en dat deze getallen de grenzen zijn van de schaalverdeling. De pH-waarde is echter logaritmisch en elk punt van de schaal betekent dus een tienvoudige verandering van de waarde. Relatief kleine schommelingen van de pH-waarde kunnen in werkelijkheid dus catastrofaal zijn.
Onderstaande figuur illustreert waarom:
Aan de hand van enkele voorbeelden kan deze theorie gemakkelijk verduidelijkt worden. Wanneer we opnieuw vertrekken van ons zuiver water dan weten we reeds dat er evenveel H+ als OH- ionen zijn. De zure en basische reactie is dus even sterk en ze heffen elkaar op. Dit wil met andere woorden zeggen dat het water neutraal is. De hoeveelheid waterstofionen is zeer klein. Eén liter water bevat 110.000.000 gram H+ (of 10-7 gram waterstofionen). Toch is deze minuscule waarde niet te verwaarlozen.
Indien we nu een zuur (bijvoorbeeld zoutzuur) toevoegen dan gaat de hoeveelheid waterstofionen toenemen. Het zoutzuur splits zich bijna volledig in ionen.
HCl < > H+ + Cl- Door deze splitsing worden vrije waterstofionen toegevoegd en gaat de pH-waarde dalen waardoor het water zuurder wordt. Bij een meting vinden we bijvoorbeeld 10-4 gram H+/liter water of een pH van 4.
Velen onder jullie zullen waarschijnlijk net het omgekeerde gedacht hebben. En verondersteld hebben dat de pH zou stijgen. Dit is totaal verkeerd! Er werden inderdaad waterstofionen toegevoegd en daarnet vertelde ik dat de zuurgraad het gewicht aan H+ ionen is. Inderdaad en dit klopt ook. Wanneer we eens op bovenstaande pH-schaal gaan kijken dan zien we toch dat bij een daling van de pH het gewicht stijgt. Bij het bepalen van een pH-waarde moeten we steeds negatief denken. Weet je nog? De negatieve logaritme!
Een alkalisch reagerende stof (bijvoorbeeld soda) geeft na splitsing van de ionen een verhoging van de hydroxide-ionen (OH-).
NaOH < > Na++ OH-
De hydroxide-ionen reageren met de waterstofionen, waardoor er bij meting minder waterstofionen worden waargenomen. We vinden nu bijvoorbeeld 10-8 gram H+/liter water wat overeenkomt met een pH van 8.
De betekenis van de berekeningen wordt zo stilaan duidelijker en we kunnen nu eens gaan vergelijken:
- pH 8 = 1/100.000.000 gram H+/liter water
- pH 7 = 1/10.000.000 gram H+/liter water
- pH 6 = 1/1.000.000 gram H+/liter water
- pH 5 = 1/100.000 gram H+/liter water
We kunnen nu besluiten dat bij een verandering van 1 eenheid van de pH dit overeenkomt met een 10-voudige verandering van de hoeveelheid waterstofionen. pH 6 is dus 10 keer zuurder dan pH 7 en pH 5 reeds 100 keer! Hieruit blijkt dus dat één eenheid wel degelijk het verschil kan maken in een aquarium of vijver. Plotselinge veranderingen zijn dus te vermijdenen een regelmatige controle is sterk aangeraden.
PROEF: We nemen een glas water van de kraan (20 cl) en drinken dit leeg. Daarna nemen we een tweede glas water en vullen dit bij met azijn tot we een pH van 7 verkrijgen. We drinken dit opnieuw leeg. We vullen een derde glas en voegen azijn toe tot we een pH van 6 bereikt hebben. Dit glas drinken we opnieuw volledig leeg. Na het uitvoeren van de proef zal de pH-waarde stukken beter begrepen worden.
