pH הוא מדד לרמת החומציות של תמיסות. ה-pH משפיע על תחומים רבים, כמו תפקוד התאים בגוף, זירוז תגובות כימיות ועוד. אך מהו pH, מה משפיע עליו ואיך מחשבים אותו? על שאלות אלו ואחרות נשתדל לענות ביישומון הזה. לצפייה ביישומון לחצו על התמונה למטה ופתחו את הקובץ המקושר (יישומון ג'אווה).
היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.
לפני שנתחיל להשתעשע ביישומון, בואו נגדיר כמה מושגי יסוד ועקרונות פעולה.
כמו כל תגובה כימית, גם המים נמצאים בשיווי משקל עם תוצרי הפירוק שלהם – הידרוכסיד (-OH) והידרוניום (+H3O או +H בקיצור). שיווי המשקל הזה הינו שיווי משקל כמו בכל תגובה כימית אחרת ויש לו קבוע פירוק של 10-7M (אחד חלקי עשרה מיליון מול לליטר). פירוש הדבר הוא שבליטר של מים מזוקקים יש אחד חלקי עשרה מליון מול הידרוכסיד והידרוניום. אם המונחים שציינתי אינם ברורים לכם, אתם מוזמנים לצפות בסדרת המצגות כוח הכימיה, וביחוד בחלקים המתמטיקה של הכימיה וקינטיקה ותרמודינמיקה. אם הדברים עדיין לא יהיו מובנים לגמרי, פרסמו שאלה בתגובה למצגת הרלוונטית ואשמח לענות.
pH הינו log- של ריכוז יוני ההידרוניום (H) בתמיסה נתונה, על כן ה-pH של מים הוא 7 (log 10-7-). ככל שהתמיסה בסיסית יותר כך יש בה פחות יוני הידרוניום, ועל כן ה-pH שלה עולה (אל תשכחו שמדובר בשברים עם יותר אפסים אחרי הנקודה, ולכן ה-log- שלהם גדל).
ביישומון נבחן את ה-pH של תמיסות שונות ונראה איך משפיע עליו ריכוז יוני ההידרוניום וההידרוכסיד. היישומון מציע כמה אפשרויות: החלפת התמיסה (חלב, מסיר אבנית וכו'), הוספת מים לתמיסה וניקוז התמיסה.
ראשית סמנו ספירת מולקולות ויחס -H30+/OH ומלאו את המכל במים. התבוננו בנקודות האדומות והכחולות המייצגות (בהתאמה) את יוני ההידרוניום וההידרוכסיד. שימו לב שאם תעלו את חומציות התמיסה (כלומר תורידו את ה-pH), מספר יוני ההידרוניום יעלה ומספר יוני ההידרוכסיד ירד, בעוד שאם תורידו את חומציות התמיסה (כלומר תעלו את הבסיסיות) מספר יוני ההידרוניום יירד ומספר יוני ההידרוכסיד יעלה. מדוע קיימת התלות הזאת? (רמז: התשובה נמצאת במצגת כוח הכימיה – חומצות ובסיסים). שימו לב לכמות המולקולות של ההידרוניום וההידרוכסיד. מדוע ב-pH 7 מתקבל המספר
10-16*6.02 ולא 10-7*1?
נסו להוציא או להוסיף מים. איך זה ישפיע על ה-pH? מדוע לשתי הפעולות יש השפעה שונה?
כעת סמנו בגרף בצד הימני את האפשרות "סולם ישר" (ליניארי) ושחקו עם ה-pH. האם אתם מצליחים לראות שינויים ברורים בכמות או בריכוז של מולקולות ההידרוניום וההידרוכסיד? נסו להגדיל פי 10, עד שתצליחו. האם אתם מבחינים בקושי לראות את השינוי בכמות או בריכוז של יוני ההידרוניום וההידרוכסיד?
כעת שנו לסולם לוגריתמי (מעריכי). האם אתם מצליחים לראות את השינויים יותר בקלות? מדוע לדעתכם? (רמז: זה קשור לפעולה המתמטית שעשינו מקודם).
שימו לב שאפשר להציג את המולקולות בסקלה של כמות או של ריכוז. שחקו עם שתי האפשרויות כשנפח התמיסה שווה לליטר וכשהנפח קטן יותר. האם אתם רואים הבדל?
כעת נסו לשחק עם התמיסות השונות (חלב, מסיר אבנית וכו') ותראו איזו מהן בסיסית ואיזו מהן חומצית. נסו לחשוב על הסיבות לכך שכל אחת מהן חומצית או בסיסית. ואשמח אם תפרסמו את מסקנותיכם בתגובות).
שאלה למתקדמים: מדוע לגזוז ולבירה יש pH חומצי ולמסיר השומנים יש pH בסיסי? (רמז זה קשור לתגובה כימית נוספת שמתרחשת בהם)
ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
