Кислоты глубоко вовлечены в бесчисленные биологические, геологические и технологические процессы. Бактерии производят молочную кислоту, которая сохраняет пищу, почвенные кислоты выделяют питательные вещества из минеральных удобрений, а кислоты в батареях приводят к реакциям, которые генерируют электрическую энергию. Соляная кислота, часто сокращенно называемая HCl, является распространенным примером сильной кислоты, и конкретные значения рН могут быть достигнуты с помощью смесей соляной кислоты и воды.

Измерение кислотности

Шкала рН, которая обычно колеблется от 0 до 14, измеряет концентрацию ионов водорода в веществе. Кислоты имеют значения рН менее 7, основания имеют значения рН более 7, а значение рН 7,0 является нейтральной точкой. Шкала рН является отрицательной и логарифмической, что означает, что увеличение концентрации ионов водорода в 10 раз соответствует уменьшению на одну единицу шкалы рН. Добавление кислого вещества в воду снижает общий pH раствора.

Сломанные молекулы, свободные ионы

Когда кислоту добавляют в воду, молекулы кислоты разделяются на отдельные ионы в процессе, известном как диссоциация. Например, молекула соляной кислоты состоит из атома водорода и атома хлора. Когда эти молекулы растворяются в воде, они разделяются на положительно заряженный ион водорода и отрицательно заряженный ион хлора. Это приводит к увеличению концентрации ионов водорода и, следовательно, к снижению рН. Соляная кислота классифицируется как «сильная» кислота, что означает, что практически все молекулы диссоциируют. Многие другие кислоты, такие как уксусная кислота, обычно называемая уксусом, классифицируются как «слабые» кислоты. Лишь некоторые молекулы слабых кислот диссоциируют при добавлении в воду.

Экстремальная кислота

Чистая соляная кислота имеет теоретический pH, равный нулю, иными словами, она чрезвычайно кислая. Однако в практических ситуациях соляная кислота существует только в виде разбавленного вещества. Следовательно, эффективный рН соляной кислоты зависит от степени разбавления. Поскольку pH соляной кислоты настолько низок, большие изменения pH происходят, даже когда к нейтральному раствору, такому как вода, добавляются крошечные количества. Одним из примеров разбавленной соляной кислоты является желудочная кислота человека, которая имеет значение рН около 3.

Прогнозирование pH

Степень изменения pH, возникающая при добавлении в воду сильных кислот, таких как соляная кислота, соответствует коэффициенту разбавления, поскольку все кислые молекулы выделяют один ион водорода. Поскольку шкала рН соответствует логарифмическому соотношению, разведение с коэффициентом 10 соответствует изменению рН на одну единицу. Например, 1 миллилитр соляной кислоты, добавляемой к 10 миллилитрам pH-нейтральной воды, приводит к снижению концентрации ионов водорода на один коэффициент в десять раз. Таким образом, pH конечного раствора будет на одну единицу выше, чем pH исходной соляной кислоты. Если добавить 1 миллилитр соляной кислоты к 100 миллилитрам воды, концентрация ионов водорода уменьшается в два раза по десять, а рН увеличивается на две единицы.