Monet ihmiset tietävät, että pH liittyy happoihin tai emäksiin ja että se on tärkeä esimerkiksi veden laadun, ruoanvalmistuksen, vesieliöstön ja kasvien kannalta, mutta harva todella ymmärtää, mitä se tarkoittaa.

Yksinkertaisimmillaan pH-arvo kertoo, kuinka hapanta tai emäksistä vesi on. pH-arvo 7 tarkoittaa neutraalia liuosta, pH-arvo yli 7 tarkoittaa emäksistä liuosta ja pH-arvo alle 7 tarkoittaa hapanta liuosta. Mitä kauempana pH-arvo on arvosta 7, sitä happamampi tai emäksisempi se on. Esimerkiksi vesi, jonka pH-arvo on 6, on lievästi hapanta, ja vesi, jonka pH-arvo on 3, on erittäin hapanta.

Jos olet tyytyväinen tähän vastaukseen, voit lopettaa lukemisen tähän. Mutta jos haluat tietää, mitä pH todella tarkoittaa, jatka lukemista…

Mitä pH todella tarkoittaa?

PH:ssa oleva ’H’ on vedyn alkuaineiden symboli. ’p’ voi viitata eri asioihin eri kielissä, mutta ’pH’ tarkoittaa yleisimmin ’vedyn voimaa’. Mitä tämä siis tarkoittaa?

PH-symbolissa tarkoitettu vety on itse asiassa vetyioni, joka kirjoitetaan H+. Vetyatomilla on yksi protoni (jolla on positiivinen varaus) ja yksi elektroni (jolla on negatiivinen varaus). Vetyioni on vetyatomi, joka on luopunut elektronistaan. Koska elektronin negatiivinen varaus ei enää tasapainota protonin positiivista varausta, H+:lla on positiivinen nettovaraus (siksi symbolin ”+”).

Tekninen huomautus: Joskus vetyioni kirjoitetaan hydroniumioniksi (H3O+).

H+:n läsnäolo tekee vedestä happaman. Happo on yhdiste, joka lisää H+:a veteen joko suoraan tai epäsuorasti. Esimerkiksi suolahappo (HCl) dissosioituu vedessä vety- (H+) ja kloridi- (Cl-) ioneiksi, ja juuri H+ vaikuttaa veden happamuuteen. Mitä suurempi on H+:n pitoisuus, sitä happamampaa vesi on.

HCl ® H+ + Cl-

H+:n pitoisuus voidaan ilmaista mooleina litrassa vettä (yksi mooli on 6,022×1023 objektia, joka tunnetaan myös Avogadron lukuna). pH:n arvo kuvastaa H+:n pitoisuutta seuraavasti:

(H+:n pitoisuus mol/l) = 10-pH

Esimerkiksi pH:n ollessa 6 H+:n pitoisuus on 10-6 eli 0,000001 mol/l. pH:ssa 3 konsentraatio on 10-3 eli 0,001 mol/L.

Tekninen huomautus: Ammattikemistit saattavat käyttää pH:n määritelmistä hieman poikkeavia määritelmiä, joissa otetaan huomioon vetyionin epäideaalinen käyttäytyminen tai joissa käytetään erilaisia konsentraatioyksiköitä (kuten mooleja/kg vettä), mutta yllä oleva suhde selittää pH:n merkityksen riittävän hyvin monille ihmisille.

Miten on neutraalien ja emäksisten liuosten laita?

Vesimolekyylit hajoavat kahdeksi ioniksi, vetyioniksi (H+) ja hydroksyyli-ioniksi (OH-):

H2O = H+ + OH-

Tämä reaktio on reversiibeli, joten H+ ja OH- voivat yhdistyä uudelleen muodostaen vesimolekyylit. Milloin tahansa H+:n ja OH-:n pitoisuudet ovat hyvin pieniä verrattuna vesimolekyylien määrään.

Sattuu niin, että pH 7:ssä H+:n ja OH-:n pitoisuudet ovat yhtä suuret. Tämän vuoksi pH 7:ää pidetään neutraalina pH:na. pH 7:n alapuolella H+:n pitoisuus on suurempi kuin OH-:n pitoisuus, jolloin vesi on hapanta. pH 7:n yläpuolella OH-:n pitoisuus on suurempi kuin H+:n pitoisuus, jolloin vesi on emäksistä.

Korkeassa pH:ssa H+:n pitoisuus on hyvin pieni. Esimerkiksi pH:ssa 11 H+:n pitoisuus on 10-11 eli 0,00000000001 mol/l. OH-:n pitoisuus on kuitenkin vastaavasti suurempi. OH-:n konsentraatio voidaan ilmaista seuraavasti:

(OH-:n konsentraatio mol/l) = 10pH-14

PH 11:ssä OH-:n konsentraatio on 1011-14 (10-3) eli 0,001 mol/l, mikä on sama kuin H+:n konsentraatio pH 3:ssa.

PH-asteikko: vedyn potenssi

PH-asteikko on logaritminen asteikko, jossa yhden pH-yksikön ero edustaa kymmenen potenssin eroa H+ -pitoisuudessa. Esimerkiksi pH 5:ssä H+ -pitoisuus on kymmenen kertaa suurempi kuin pH 6:ssa, 100 kertaa suurempi kuin pH 7:ssä ja 1000 kertaa suurempi kuin pH 8:ssa. Koska jokainen pH-yksikkö edustaa kymmenen potenssin eroa H+ -pitoisuudessa, pH-arvo edustaa ”vedyn voimaa”. Itse asiassa pH määritellään useimmiten H+ -pitoisuuden negatiivisena logaritmina:

pH = -log10

Sama yleinen kuvio pätee myös OH-:lle. OH-:n pitoisuus pH 8:ssa on kymmenen kertaa suurempi kuin pH 7:ssä, 100 kertaa suurempi kuin pH 6:ssa ja niin edelleen.

pH	H+ -pitoisuus, mol/L	OH- pitoisuus, mol/L
		1×10-14
		1×10-13
		1×10-12
		1×10-11
		1×10-10
		1×10-9
		1×10-8
	1×10-7	1×10-7
	1×10-8
	1×10-9
	1×10-10
	1×10-11
	1×10-12
	1×10-13
	1×10-14

Yleinen harhaluulo on, että pH-asteikko alkaa nollasta ja päättyy arvoon 14. Itse asiassa negatiiviset pH-arvot ja yli 14:n pH-arvot ovat mahdollisia. Esimerkiksi laboratorioissa ja teollisuudessa tavallisilla väkevillä hapoilla on negatiivinen pH-arvo. Jopa ympäristössä on ääritilanteissa havaittu jopa -3,6:n pH-arvoja

.