De pH en pOH - Rekenen met basische en zure oplossingen

Een oplossing kan zuur of basisch zijn. In zo'n geval geeft de pH aan in welke mate de oplossing zuur of basisch is. Het rekenen aan deze oplossingen kan vaak voor veel moeilijkheden zorgen. De manier waarop gerekend wordt is dan omslachtig en bevat vaak veel overbodige informatie, waardoor een dergelijke opdracht snel onoverzichtelijk wordt. Hoe kan er makkelijk gerekend worden aan oplossingen, waarbij verdunning ook een rol speelt?

pH

De pH van een oplossing is de zuurtegraad daarvan. De hoeveelheid H3O+ ionen in een dergelijke oplossing geeft namelijk een bepaalde pH aan een oplossing. Deze hoeveelheid H3O+ ionen wordt uitgedrukt in mol/L en kan worden gebruikt in een formule.


Zowel de schalen voor de pH als de pOH lopen van 0 tot 14, waarbij het getal aangeeft in hoeverre een oplossing zuur of basisch is. In het geval van de pH geeft een nummer lager dan 7 een zure oplossing aan, en een nummer hoger dan 7 een basische oplossing. In veel gevallen loopt de schaal van 0 tot 14. Dit is de schaal die in het dagelijks leven wordt gehanteerd. Het is dus ook mogelijk om een pH-waarde te hebben van -1 of 15. Deze waarden worden vrijwel altijd in laboratoria of mijnen geobserveerd vanwege hun uiterst corrosieve aard. De pK_w (ionisatieconstante van water) kan schommelen bij temperaturen. Het is daarom belangrijk om te kijken voor een temperatuur bij een dergelijke vraag zodat de pH en de pOH goed worden berekend. De pK_w staat in het tabel hieronder uitgebeeld, samen met de bijbehorende temperatuur van water.


Zoals in het tabel staat uitgebeeld, verlaagt de pK_w bij hogere temperaturen.

Voorbeeld 1

De concentratie zoutzuur in een oplossing is 2,5 * 10^-3 mol. Deze oplossing heeft een totaal volume van 500 mL. Wat is de pH van deze oplossing bij T = 298 K?

De oplossing bevat zoutzuur, een sterk zuur dat bij oplossen direct splitst in losse H₃O⁺ en Cl^- ionen, waardoor de concentratie H₃O⁺ in 500 mL oplossing effectief 2,5*10^-3 wordt. Omdat voor de berekening de concentratie H₃O⁺ de concentratie in mol/L moet zijn, moet er vermenigvuldigd worden met 2.


In voorbeeld 1 was de pH van een oplossing met zoutzuur berekend. Dit is een van de situaties waarin de oplossing onaangeraakt blijft. Het kan namelijk ook voorkomen dat een oplossing wordt verdund met gedemineraliseerd water. In zo'n geval wordt de concentratie H₃O⁺ aanzienlijk verlaagd. Door deze concentratieverlaging verhoogt de pH, omdat er immers minder mol H₃O⁺ ionen per liter oplossing aanwezig is. Belangrijk: Het is nooit het geval dat de uitdunning van een zure oplossing met (gedemineraliseerd) water de pH zal doen stijgen naar waarden boven 7. Omdat de pH van (gedemineraliseerd) water 7 is zal de pH van de uitgedunde oplossing hiernaartoe neigen. Dit is ook het geval bij basische oplossingen, waarbij de pH zal dalen en neigen naar 7 bij uitdunning.

Voorbeeld 2

De concentratie zoutzuur in een oplossing is 4,7 * 10^-4 mol. Deze oplossing heeft een totaal volume van 300 mL. De oplossing wordt vervolgens verdund met gedemineraliseerd water tot het bekerglas met de oplossing is aangevuld tot 700 mL. Wat is de pH van deze oplossing bij T = 298 K?

De oplossing is wederom een oplossing van zoutzuur, waardoor de concentratie H₃O⁺ ionen gelijk is aan de concentratie zoutzuur. De concentratie H₃O⁺ in 300 mL is dan ook 4,7 * 10^-4 mol. Omdat deze wordt uitgedund, verandert de concentratie.

pOH

de pOH is een schaal die aangeeft in hoeverre een oplossing basisch is. Dit is de tegenhanger van de pH en berust op hetzelfde principe: een hoge pOH geeft een zure oplossing en een lage pOH geeft een basische oplossing. Toch is het gebruik van de pH-schaal bij veel meer mensen bekend dan de pOH-schaal. Er is een mogelijkheid om pOH terug te rekenen naar pH, door de pK_w bij een gegeven temperatuur te gebruiken.

Omrekening

Indien een oplossing een pH heeft, dan heeft deze ook een pOH. De som van deze twee waarden geeft ons de pK_w bij bepaalde temperaturen. Oftewel, bij T = 298 K is de pK_w 14,00. In dat geval is pH + pOH = 14,00. Dit kan aan de hand van een voorbeeld worden uitgebeeld.

Voorbeeld 3

Een bekerglas met 400 mL gedemineraliseerd water wordt toegevoegd aan een bekerglas met een massa natriumhydroxide die overeenkomt met 0,5 mol NaOH. Wat is de pH en de pOH van deze oplossing bij T = 298 K?

NaOH lost volledig op in water, dus de verhouding natriumhydroxide en hydroxide-ionen is 1 op 1. Oftewel, na het toevoegen van water is 0,5 mol hydroxide-ionen beschikbaar in 400 mL.

Voorbeeld 4

0,074 mol kaliloog is opgelost in een bekerglas bij T = 323 K. Het bekerglas bevat 673 mL van de oplossing. Wat is de pH van deze oplossing?

Kaliloog is de benoeming voor het opgeloste zout kaliumhydroxide, en lost net als natriumhydroxide volledig op in water. De hoeveelheid kaliloog is dus de hoeveelheid hydroxide-ionen.