Podcast na Stupnice pH a indikátory

Kapitoly

Kyselý šok

Co je to pH?

Logaritmická horská dráha

Tajný život vody

Kyseliny a zásady v kuchyni

Chemický chameleon

Pojďme si to spočítat

Časté chyby a na co si dát pozor

Kyseliny a zásady v souboji

Závěr a shrnutí

Přepis

Ondřej: Většina lidí si myslí, že když má něco pH 6, je to jen o malinko kyselejší než čistá voda s pH 7. Ale ve skutečnosti je to desetkrát kyselejší.

Lucie: Přesně tak! A roztok s pH 5 je stokrát kyselejší. Ta stupnice je zrádnější, než se na první pohled zdá.

Ondřej: Páni, tak to úplně mění pohled na věc. A o odhalování takových souvislostí je i dnešní díl. Posloucháte Studyfi Podcast.

Lucie: Jdeme na to. Dnes se ponoříme do světa pH, kyselin a zásad.

Ondřej: Dobře, Lucie, tak začněme od základů. Všichni známe slova „kyselý“ a „zásaditý“, ale co přesně znamená to magické „pH“?

Lucie: Představ si, že pH je takový měřák kyselosti. Technicky je to záporný dekadický logaritmus koncentrace vodíkových iontů v roztoku. Vzoreček je pH rovná se mínus logaritmus H plus.

Ondřej: Počkej, počkej, to znělo jako z učebnice. Můžeš to přeložit do lidštiny?

Lucie: Jasně. Zjednodušeně řečeno: čím víc vodíkových iontů, tím je roztok kyselejší a tím nižší je jeho číslo pH. Méně iontů znamená vyšší pH a zásaditější roztok.

Ondřej: A teď k tomu, co jsi říkala na začátku. Proč je ta stupnice taková... skoková? Proč je změna o jedna ve skutečnosti desetinásobek?

Lucie: Protože koncentrace těch iontů se pohybuje v obrovském rozmezí. Bylo by nepraktické říkat: „Koncentrace je nula celá nula nula nula... jedna.“ Logaritmická stupnice to celé smrskne do přehledných čísel, obvykle od nuly do čtrnácti.

Ondřej: Takže je to vlastně takové zjednodušení, abychom se z těch čísel nezbláznili?

Lucie: Přesně tak! Je to jako Richterova stupnice u zemětřesení. Stupeň 5 není o trochu silnější než stupeň 4, je desetkrát silnější. S pH je to stejné. Každý krok dolů znamená desetkrát víc „kyselých“ iontů.

Ondřej: Fajn, stupnici od 0 do 14 chápu. Kyseliny dole, zásady nahoře. Ale proč je zrovna 7 neutrální? Co je na sedmičce tak speciálního?

Lucie: To souvisí se samotnou vodou. I čistá voda se totiž malinko rozkládá na vodíkové ionty H⁺ a hydroxidové ionty OH⁻. A při 25 stupních Celsia je jich přesně stejné množství.

Ondřej: Aha! A když je jich stejně, tak se navzájem „vyruší“ a výsledek je neutrální.

Lucie: V podstatě ano. A koncentrace těch H⁺ iontů v čisté vodě je přesně 1 krát 10 na mínus sedmou. Když to hodíš do vzorečku mínus logaritmus... vyjde ti přesně 7.

Ondřej: A když už jsme u toho, existuje i pOH pro ty hydroxidové ionty? Jakože pH má nějakého parťáka?

Lucie: Má! A ten vztah je krásně jednoduchý. Při 25 stupních platí, že pH plus pOH se vždy rovná 14. Takže když znáš jedno, snadno dopočítáš to druhé.

Ondřej: Pojďme na pár příkladů z reálného života. Co třeba věci, které máme doma? Moje žaludeční šťávy jsou asi dost kyselé, že?

Lucie: To si piš! Mají pH kolem 1 až 2, podobně jako kyselina v autobaterii. Takže pozor na ně! Pak tu máme citronovou šťávu s pH kolem 2, ocet kolem 3 a třeba káva mívá pH kolem 5.

Ondřej: A co na druhé straně stupnice? Ty zásadité věci?

Lucie: Tak třeba tvoje krev je lehounce zásaditá, kolem 7,4. Jedlá soda má pH přes 8, mýdlová voda kolem 10 a takový čistič odpadů... to už je extrém s pH 13 nebo 14. To je hydroxid sodný, pěkná žíravina.

Ondřej: Super. Jak ale v laboratoři rychle zjistím, jestli je něco kyselé, nebo zásadité, aniž bych to musel ochutnávat? Což u čističe odpadů fakt nechci.

Lucie: Rozhodně neochutnávat! K tomu máme pH indikátory. Jsou to takové chemické chameleony. Látky, které mění barvu podle toho, v jakém pH se zrovna nacházejí.

Ondřej: Jako ty papírky, co jsme používali ve škole?

Lucie: Přesně. To jsou takzvané univerzální indikátory. Směs různých barviv, která ukáže celou duhu barev pro různá pH. Ale existují i jednodušší, třeba lakmus je v kyselém prostředí červený a v zásaditém modrý.

Ondřej: A co ten slavný fenolftalein?

Lucie: Ten je trochu stydlivý. V kyselém a neutrálním prostředí je úplně bezbarvý. Svoji krásnou fialovou barvu ukáže až v zásaditém prostředí.

Ondřej: Dobře, teorii máme. Ale u přijímaček se často počítá. Mohla bys mi ukázat nějaký typický příklad?

Lucie: Určitě. Představ si, že máš roztok s koncentrací vodíkových iontů 10⁻³ mol na litr. Jaké bude jeho pH?

Ondřej: Takže vezmu vzorec pH = −log. Dosadím tam 10⁻³. Logaritmus z 10⁻³ je −3. A protože ve vzorci je mínus, tak mínus a mínus dává plus. Výsledek je 3!

Lucie: Perfektní! Je to kyselý roztok. A teď zkusíme opačný příklad. Máš roztok hydroxidu s koncentrací 10⁻² mol na litr. Jaké bude pH?

Ondřej: Hmm, tak tady musím nejdřív zjistit pOH. To bude −log(10⁻²), takže 2. A protože vím, že pH + pOH = 14, tak pH musí být 14 − 2, tedy 12. Je to tak?

Lucie: Přesně tak! Skvělá práce. Vidíš, že jakmile pochopíš ten princip, výpočty už jsou hračka.

Ondřej: A na závěr, Lucie, jaké jsou nejčastější pasti, do kterých studenti u tématu pH padají?

Lucie: Zaprvé, zapomínají na tu logaritmickou povahu. Myslí si, že změna o 1 je malá, ale je desetinásobná. Zadruhé, myslí si, že stupnice končí a začíná 0 a 14, ale pro extrémně silné látky může jít i mimo tento rozsah.

Ondřej: Takže může existovat pH mínus jedna?

Lucie: Může, i když v běžných úlohách se s tím nesetkáš. A poslední věc – ty indikátorové papírky jsou super pro orientaci, ale nejsou stoprocentně přesné. Pro přesné měření se používají digitální pH metry.

Ondřej: Super, to jsou skvělé tipy. Děkuju, Lucie, že jsi nám tenhle svět kyselin a zásad takhle přehledně osvětlila.

Ondřej: Takže indikátory nám vlastně jenom ukazují, jaký večírek se v roztoku děje. A co se stane, když ten večírek chceme ukončit?

Lucie: Skvělá metafora! Přesně tak. To nás přivádí k našemu poslednímu tématu – neutralizaci.

Ondřej: Neutralizace. Zní to jako něco z akčního filmu, kde se dva agenti navzájem vyruší.

Lucie: Vlastně je to tak trochu chemický souboj. Když opatrně přidáváš kyselinu k zásadě, snažíš se dosáhnout bodu, kdy je roztok neutrální. Tedy s pH 7.

Ondřej: A indikátor nám v tu chvíli změní barvu na tu neutrální, třeba zelenou. Ale proč se to děje na té molekulární úrovni?

Lucie: Skvělá otázka. Zjednodušeně řečeno, kyseliny uvolňují vodíkové ionty H⁺. Zásady zase hydroxidové ionty OH⁻.

Ondřej: A tyhle dva se nemají rádi, nebo co?

Lucie: Naopak, mají se až moc rádi! Spojí se a vytvoří obyčejnou vodu, H₂O. Tím vlastně z roztoku zmizí to, co ho dělalo kyselým nebo zásaditým.

Ondřej: Aha, takže se navzájem doslova