pH
De pH van oplossingen is een belangrijke chemische eigenschap. Zuurstof is veel elektronegatiever dan waterstof. Beide gedeelde elektronen in een zuurstof/waterstof-binding hebben de neiging meer tijd door te brengen met het zuurstofatoom dan met waterstof. Hoewel de overgrote meerderheid van de watermoleculen intact blijft in vloeibaar water, bezwijken op een gegeven moment een paar individuele waterstofatomen onder de druk van de elektronegatieve zuurstof en verliezen hun greep op beide gedeelde elektronen. Als dit gebeurt, wordt de covalente binding verbroken en komt er een waterstofion vrij (positief geladen omdat het zijn elektron aan de zuurstof heeft verloren, steno = H+). Het overgebleven deel van de oorspronkelijke watermolecule wordt een hydroxide-ion genoemd (negatief geladen omdat het een extra elektron heeft behouden, kortweg = OH-). Hoewel ze in zeer lage concentraties in oplossing aanwezig zijn, kunnen H+ en OH- ionen enorme effecten hebben op de eigenschappen van een oplossing, vooral wanneer ze niet in evenwicht zijn. In zuiver water maakt elk gevormd hydroxide-ion een waterstofion aan, zodat er evenveel anionen en kationen zijn. Als echter een opgeloste stof aan water wordt toegevoegd, kan dit evenwicht veranderen.
Hydrochloorzuur (HCl) is een moleculaire verbinding die gemakkelijk dissocieert (scheidt) omdat chloor zo sterk elektronegatief is. Wanneer HCl in water wordt gebracht, breken de covalente bindingen van HCl en worden H+ en Cl- ionen gevormd, die de concentratie van H+ ionen in de oplossing verhogen. Hierdoor ontstaat een zure oplossing omdat er meer H+ ionen dan OH- ionen aanwezig zijn. Verbindingen die H+ ionen toevoegen aan oplossingen worden zuren genoemd. Daarentegen zijn er ook stoffen zoals ammoniak (NH3) die basen zijn omdat ze de concentratie H+ ionen doen dalen, wat resulteert in een basische oplossing.
Omdat de splitsing van watermoleculen uiterst zeldzaam is, is het aantal waterstof- en hydroxide-ionen in een oplossing zo klein dat we een speciale op logaritme gebaseerde formule gebruiken om het aantal aanwezige waterstofionen te meten, waardoor we beter hanteerbare getallen in de pH-schaal krijgen. De pH-schaal loopt van 0 tot 14 en geeft de waterstofionenconcentratie (H+) in een oplossing weer. De pH van zuiver water is 7, wat neerkomt op 1 x 10-7 waterstofionen voor elke intacte watermolecule. Dit is 
maar één H+ ion per 10 miljoen H2O moleculen!
In de pH-schaal neemt de pH-waarde af naarmate de H+ ion concentratie toeneemt. Dit betekent dat een lage pH-waarde staat voor een hoge H+ ionenconcentratie (zure oplossing) en een hoge pH-waarde voor een lage H+ concentratie (basische oplossing). Ten slotte verandert voor elke verandering van een geheel getal in de pH-schaal de werkelijke H+ ionenconcentratie tienvoudig. Zo staat een pH-verandering van 7 naar 8 voor een daling van de waterstofionenconcentratie van 1 op 10 miljoen naar 1 op 100 miljoen.
pH-tester
In deze activiteit bepaal je de pH van enkele veelvoorkomende huishoudelijke en voedingsmiddelen.
Buffers
Waarom maken we ons druk om de pH van een oplossing? De meeste lichaamscellen functioneren alleen binnen een zeer nauw bereik in de buurt van neutrale pH. Enzymen die ons helpen groeien en reproduceren, het voedsel afbreken dat wij eten, en in andere essentiële functies helpen werken elk binnen een specifieke, smalle pH waaier. Om deze pH te helpen handhaven, zijn buffers aanwezig in bijna alle levende oplossingen.
Een buffer is een stof die verandering in de pH van een oplossing minimaliseert. De meeste buffers bestaan uit een combinatie van een zwak zuur en de zwakke base, waarbij de base het anion is dat overblijft nadat het zwakke zuur dissocieert (zich afscheidt) om H+ ionen vrij te geven. Dit klinkt misschien verwarrend, maar het is eigenlijk een vrij eenvoudige heen-en-weer reactie waarbij de buffer fungeert als een “vriend” voor H+ ionen wanneer dat nodig is, maar ook voor OH- ionen wanneer dat nodig is, waardoor een constant evenwicht in de pH-waarde wordt gehandhaafd.
Stel je een gezin voor met drie kinderen. Als het oudste kind en het jongste kind de neiging hebben veel ruzie te maken, fungeert het middelste kind vaak als “buffer” tussen de twee vechtende kinderen. Als we in deze situatie buffer zeggen, bedoelen we dat het middelste kind oudere kinderspelletjes speelt op momenten dat het oudste kind aandacht nodig heeft en eenvoudigere, jongere kinderspelletjes speelt op momenten dat het jongste kind aandacht nodig heeft. Door te schakelen om aan de behoeften van elk kind tegemoet te komen, buffert het middelste kind de situatie, wat resulteert in minder boze kinderen. Dit is misschien niet optimaal voor het middelste kind als buffer, maar het maakt de ouders gelukkiger!
In oplossingen werkt een chemische buffer op dezelfde manier. Koolzuur (H2CO3) is bijvoorbeeld een zwak zuur. Wanneer het in oplossing wordt gebracht, splitst een kleine hoeveelheid koolzuur in H+-ionen en het resterende bicarbonaatanion (HCO3-). Hierdoor stijgt de concentratie H+ -ionen en daalt de pH-waarde (naar zuur toe). Het bicarbonaat ion wordt beschouwd als een zwakke base, want als er veel H+ ionen in oplossing zijn, zal het re-associëren (chemisch binden) met de overtollige H+ ionen om opnieuw het zwakke zuur te vormen, waardoor de H+ ion concentratie daalt, waardoor de pH waarden omhoog gaan (terug naar basisch).
Buffers handhaven de pH van een oplossing door de richting van hun chemische reacties aan te passen (dissociëren of re-associëren) in reactie op verhogingen of verlagingen van de H+ ion concentratie die kan worden veroorzaakt door andere stoffen die de oplossing binnenkomen of verlaten. Als u een sterk zuur zoals zoutzuur (HCl) toevoegt aan een gebufferde oplossing, zal er plotseling een overmaat aan H+ ionen ontstaan door dissociatie van het HCl. De buffers in de oplossing zullen antwoorden door deze bovenmatige H+ ionen te binden om het zwakke zuur opnieuw te vormen, gebruikend de bovenmatige H+ ionen zodat de pH rond de zelfde waarde ondanks de toevoeging van een zuur kan blijven. De aanwezigheid van koolzuur/bicarbonaat ion in uw bloedbaan is een van de belangrijkste manieren waarop uw lichaam de pH van uw bloed regelt om acidose of alkalose te vermijden, die beide levensbedreigende voorwaarden zijn die het gevolg zijn van veranderingen in uw bloed pH-niveau.