pH
PH roztworów jest ważną właściwością chemiczną. Tlen jest znacznie bardziej elektronegatywny niż wodór. Oba współdzielone elektrony w wiązaniu tlen-wodór mają tendencję do spędzania więcej czasu z atomem tlenu niż z wodorem. Chociaż zdecydowana większość cząsteczek wody pozostaje nienaruszona w ciekłej wodzie, w każdej chwili kilka pojedynczych atomów wodoru poddaje się presji elektronegatywnego tlenu i traci kontrolę nad obydwoma współdzielonymi elektronami. Kiedy tak się dzieje, wiązanie kowalencyjne zostaje przerwane i uwalnia się jon wodorowy (o ładunku dodatnim, ponieważ stracił elektron na rzecz tlenu, skrót = H+). Pozostała część oryginalnej cząsteczki wody nazywana jest jonem wodorotlenkowym (ładunek ujemny, ponieważ zachowała dodatkowy elektron, skrót = OH-). Chociaż jony H+ i OH- występują w roztworze na bardzo niskim poziomie, mogą mieć ogromny wpływ na właściwości roztworu, zwłaszcza gdy nie są w równowadze. W czystej wodzie każdy tworzący się jon wodorotlenkowy tworzy jon wodorowy, więc liczba anionów i kationów jest równa. Jeśli jednak do wody zostanie dodany rozpuszczalnik, ta równowaga może ulec zmianie.
Kwas solny (HCl) jest związkiem molekularnym, który łatwo dysocjuje (rozdziela się), ponieważ chlor jest tak silnie elektronegatywny. Po wprowadzeniu do wody, wiązania kowalencyjne HCl pękają tworząc jony H+ i Cl-, które zwiększają stężenie jonów H+ w roztworze. W ten sposób powstaje roztwór kwaśny, ponieważ jest w nim więcej jonów H+ niż jonów OH-. Związki, które dodają jony H+ do roztworów nazywane są kwasami. Dla kontrastu, istnieją również substancje takie jak amoniak (NH3), które są zasadami, ponieważ powodują zmniejszenie stężenia jonów H+, dając w rezultacie roztwór zasadowy.
Ponieważ rozszczepienie cząsteczek wody jest niezwykle rzadkie, liczba jonów wodorowych i wodorotlenkowych w roztworze jest tak mała, że używamy specjalnego wzoru opartego na logarytmie, aby zmierzyć liczbę obecnych jonów wodorowych, co daje nam bardziej przystępne liczby w skali pH. Skala pH zawiera się w przedziale od 0 do 14 i określa stężenie jonów wodorowych (H+) w roztworze. pH czystej wody wynosi 7, co odpowiada 1 x 10-7 jonom wodorowym na jedną nienaruszoną cząsteczkę wody. Jest to 
tylko jeden jon H+ na każde 10 milionów cząsteczek H2O!
W skali pH, wraz ze wzrostem stężenia jonów H+, wartości pH maleją. Oznacza to, że niska wartość pH odpowiada wysokiemu stężeniu jonów H+ (roztwór kwaśny), a wysoka wartość pH odpowiada niskiemu stężeniu H+ (roztwór zasadowy). Ponadto, przy każdej zmianie liczby całkowitej w skali pH, rzeczywiste stężenie jonów H+ zmienia się dziesięciokrotnie. Na przykład, zmiana pH z 7 na 8 oznacza spadek stężenia jonów wodorowych z 1 na 10 milionów do 1 na 100 milionów.
Tester pH
W tym ćwiczeniu określimy pH niektórych popularnych artykułów gospodarstwa domowego i żywności.
Bufory
Dlaczego zależy nam na pH roztworu? Większość komórek organizmu funkcjonuje tylko w bardzo wąskim zakresie zbliżonym do neutralnego pH. Enzymy, które pomagają nam rosnąć i rozmnażać się, rozkładają jedzenie, które jemy, i pomagają w innych funkcjach życiowych, każdy pracuje w określonym, wąskim zakresie pH. Aby pomóc utrzymać to pH, bufory są obecne w prawie wszystkich żywych rozwiązań.
Bufor jest każda substancja, która minimalizuje zmiany w pH roztworu. Większość buforów składa się z kombinacji słabego kwasu i słabej zasady, gdzie zasada jest anion pozostały po słaby kwas dysocjuje (oddziela się), aby uwolnić jony H+. Może to brzmieć myląco, ale w rzeczywistości jest to dość prosta reakcja tam i z powrotem, gdzie bufor działa jako „przyjaciel” dla jonów H+, gdy jest to konieczne, ale także dla jonów OH-, gdy jest to konieczne, utrzymując stałą równowagę w wartości pH.
Wyobraźmy sobie rodzinę z trójką dzieci. Jeśli najstarsze i najmłodsze dziecko często się kłócą, środkowe dziecko często pełni rolę „bufora” między dwojgiem walczących dzieci. Kiedy mówimy bufor w tej sytuacji, mamy na myśli, że środkowe dziecko będzie grać starsze gry dziecko w czasach, gdy najstarsze dziecko potrzebuje uwagi i grać prostsze, młodsze gry dziecko w czasach, gdy najmłodsze dziecko potrzebuje uwagi. Przesuwając się, aby zaspokoić potrzeby każdego dziecka, środkowe dziecko buforuje sytuację, w wyniku czego dzieci są mniej rozzłoszczone. To może nie być optymalne dla środkowego dziecka bufora, ale to sprawia, że rodzice szczęśliwsi!
W rozwiązaniach, bufor chemiczny działa podobnie. Na przykład, kwas węglowy (H2CO3) jest słabym kwasem. Po wprowadzeniu go do roztworu, niewielka ilość kwasu węglowego dysocjuje na jony H+ i pozostały anion wodorowęglanowy (HCO3-). Powoduje to wzrost stężenia jonów H+ i obniżenie wartości pH (w kierunku kwaśnym). Jon wodorowęglanowy jest uważany za słabą zasadę, ponieważ jeśli w roztworze jest dużo jonów H+, będzie on ponownie asocjował (wiązał się chemicznie) z nadmiarem jonów H+, aby ponownie utworzyć słaby kwas, który zmniejsza stężenie jonów H+, podnosząc wartości pH (z powrotem w kierunku zasady).
Bufory utrzymują pH roztworu poprzez dostosowanie kierunku ich reakcji chemicznych (dysocjacja lub ponowna asocjacja) w odpowiedzi na wzrost lub spadek stężenia jonów H+, które mogą być spowodowane przez inne substancje wchodzące lub wychodzące z roztworu. Jeśli do zbuforowanego roztworu dodamy silny kwas, taki jak kwas solny (HCl), nagle pojawi się nadmiar jonów H+ powstałych w wyniku dysocjacji HCl. Bufory w roztworze zareagują wiążąc ten nadmiar jonów H+ w celu ponownego utworzenia słabego kwasu, zużywając nadmiar jonów H+ tak, że pH może pozostać na tym samym poziomie pomimo dodania kwasu. Obecność kwasu węglowego/jonów wodorowęglanowych w krwiobiegu jest jednym z głównych sposobów, w jaki organizm reguluje pH krwi, aby uniknąć kwasicy lub zasadowicy, z których oba są stanami zagrożenia życia wynikającymi ze zmian w poziomie pH krwi.
.