Velen weten dat pH iets te maken heeft met zuren of basen en dat het belangrijk is voor zaken als waterkwaliteit, voedselbereiding, waterleven en planten, maar niet velen begrijpen echt wat het betekent.

In eenvoudige bewoordingen geeft een pH-waarde aan hoe zuur of basisch water is. Een pH van 7 wijst op een neutrale oplossing, een pH groter dan 7 wijst op een basische oplossing, en een pH van minder dan 7 wijst op een zure oplossing. Hoe verder een pH-waarde van 7 af ligt, hoe sterker het water zuur of basisch is. Zo is water met een pH van 6 licht zuur, en water met een pH van 3 sterk zuur.

Als u tevreden bent met dit antwoord, kunt u hier stoppen met lezen. Maar als u wilt weten wat pH werkelijk betekent, lees dan verder…

Dus wat betekent pH werkelijk?

De ‘H’ in pH is het elementaire symbool voor waterstof. De ‘p’ kan in verschillende talen naar verschillende dingen verwijzen, maar het meest wordt gezegd dat ‘pH’ ‘kracht van waterstof’ betekent. Dus wat betekent dit?

De waterstof waarnaar in het pH-symbool wordt verwezen is eigenlijk het waterstofion, dat wordt geschreven als H+. Een waterstofatoom heeft één proton (dat een positieve lading heeft) en één elektron (dat een negatieve lading heeft). Het waterstofion is een waterstofatoom dat zijn elektron heeft afgestaan. Omdat er geen negatieve lading van het elektron meer is om de positieve lading van het proton te compenseren, heeft H+ een netto positieve lading (vandaar de ‘+’ in het symbool).

Technische noot: Soms wordt het waterstofion geschreven als het hydroniumion (H3O+).

De aanwezigheid van H+ is wat water zuur maakt. Een zuur is een verbinding die direct of indirect H+ aan water bijdraagt. Zoutzuur (HCl) bijvoorbeeld valt in water uiteen in waterstof- (H+) en chloride- (Cl-) ionen, en het is het H+ dat bijdraagt tot de zuurgraad van het water. Hoe hoger de concentratie H+, hoe zuurder het water is.

HCl ® H+ + Cl-

De concentratie H+ kan worden uitgedrukt in mol per liter water (één mol is 6,022×1023 objecten, ook wel bekend als het getal van Avogadro). De waarde van pH geeft de concentratie van H+ als volgt weer:

(concentratie van H+ in mol/L) = 10-pH

Bij voorbeeld, bij pH 6 is de concentratie van H+ 10-6 of 0,000001 mol/L. Bij pH 3 is de concentratie 10-3 of 0,001 mol/L.

Technische noot: Professionele chemici kunnen enigszins verschillende definities van pH gebruiken die rekening houden met het niet-ideale gedrag van het waterstofion of die andere concentratie-eenheden gebruiken (zoals mol per kg water), maar de bovenstaande relatie verklaart de betekenis van pH goed genoeg voor veel mensen.

Hoe zit het met neutrale en basische oplossingen?

Watermoleculen vallen uiteen in twee ionen, het waterstofion (H+) en het hydroxylion (OH-):

H2O = H+ + OH-

Deze reactie is omkeerbaar, zodat H+ en OH- kunnen recombineren om watermoleculen te vormen. Op elk gegeven moment zijn de concentraties van H+ en OH- zeer klein in vergelijking met de hoeveelheid watermoleculen.

Het komt voor dat bij pH 7 de concentraties van H+ en OH- gelijk zijn. Dit is de reden waarom pH 7 wordt beschouwd als de neutrale pH. Onder pH 7 is de concentratie van H+ groter dan de concentratie van OH-, waardoor het water zuur is. Boven pH 7 is de concentratie OH- groter dan de concentratie H+, waardoor het water basisch is.

Bij een hoge pH is de concentratie H+ zeer klein. Bijvoorbeeld, bij pH 11, is de concentratie van H+ 10-11 of 0,00000000001 mol/L. De concentratie van OH- is echter navenant hoger. De concentratie van OH- kan als volgt worden uitgedrukt:

(concentratie van OH- in mol/L) = 10pH-14

Bij pH 11 is de concentratie van OH- 1011-14 (10-3) of 0,001 mol/L, hetgeen gelijk is aan de concentratie van H+ bij pH 3.

De pH-schaal: de macht van waterstof

De pH-schaal is een logaritmische schaal waarbij een verschil van één pH-eenheid staat voor een macht van tien verschil in de concentratie van H+. Bijvoorbeeld, de concentratie van H+ bij pH 5 is tien keer hoger dan bij pH 6, 100 keer hoger dan bij pH 7, en 1000 keer hoger dan bij pH 8. Omdat elke pH-eenheid een macht van tien verschil in de H+ concentratie vertegenwoordigt, vertegenwoordigt de pH-waarde de “macht van waterstof”. In feite wordt pH het vaakst gedefinieerd als de negatieve logaritme van de H+ concentratie:

pH = -log10

Hetzelfde algemene patroon geldt voor OH-. De concentratie van OH- bij pH 8 is tienmaal zo hoog als bij pH 7, honderdmaal zo hoog als bij pH 6, enzovoort.

pH	H+ concentratie, mol/L	OH- concentratie, 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

Een veel voorkomende misvatting is dat de pH-schaal bij nul begint en bij 14 eindigt. In feite zijn negatieve pH-waarden en pH-waarden groter dan 14 mogelijk. Bijvoorbeeld, de geconcentreerde zuren die gebruikelijk zijn in laboratoria en de industrie hebben negatieve pH-waarden. Zelfs in het milieu, zijn pH waarden zo laag als -3.6 waargenomen in extreme situaties.