Valintakoe B: Lääketiede ja biotieteet
Miten pH lasketaan?
pH lasketaan vetyionien eli oksoniumionien konsentraatiosta kaavalla pH = −log[H⁺], jossa konsentraatio on yksikössä mol/l. Asteikko on logaritminen, joten yhden pH-yksikön muutos tarkoittaa kymmenkertaista muutosta vetyionipitoisuudessa. Neutraalin veden pH on 25 °C:ssa 7, happamien liuosten alle 7 ja emäksisten yli 7.
Käänteinen laskutoimitus on [H⁺] = 10^(−pH). Emäksisissä liuoksissa lasketaan usein ensin pOH = −log[OH⁻], ja 25 °C:ssa pH + pOH = 14, koska veden ionitulo on [H⁺][OH⁻] = 10⁻¹⁴ (mol/l)².
Vahva happo, kuten suolahappo, ionisoituu vedessä käytännössä täysin, joten 0,010 mol/l HCl-liuoksen [H⁺] on 0,010 mol/l ja pH 2,0. Heikko happo, kuten etikkahappo, ionisoituu vain osittain, joten sen pH on samalla konsentraatiolla korkeampi.
Veren pH pysyy välillä 7,35-7,45. Väli kuulostaa kapealta, mutta logaritmisella asteikolla pienikin pH:n muutos on suuri muutos vetyionipitoisuudessa. Siksi elimistö puskuroi veren pH:ta ja säätää sitä hengityksellä ja munuaisilla.
Kaava
pH = −log[H⁺], [H⁺] = 10^(−pH), pH + pOH = 14 (25 °C)
Esimerkki
Potilaan veren pH laskee arvosta 7,40 arvoon 7,10. Kuinka moninkertaiseksi vetyionipitoisuus kasvaa?
- pH 7,40: [H⁺] = 10^(−7,40) ≈ 4,0 · 10⁻⁸ mol/l eli noin 40 nmol/l.
- pH 7,10: [H⁺] = 10^(−7,10) ≈ 7,9 · 10⁻⁸ mol/l eli noin 79 nmol/l.
- Suhde on 10^(7,40 − 7,10) = 10^0,30 ≈ 2,0. Vetyionipitoisuus noin kaksinkertaistuu, vaikka pH muuttuu vain 0,30 yksikköä.
Tyypillinen virhe
Moni laskee pH:n muutokset lineaarisesti. pH 2 ei ole kaksi kertaa happamampi kuin pH 4, vaan sen vetyionipitoisuus on 10² = 100 kertaa suurempi.
Valintakokeessa B
Happo-emäskemia kuuluu lukion kemiaan, ja valintakoe B arvioi matemaattis-loogista päättelyä. Koejärjestelmässä on laskin, mutta pH:n ja pitoisuuksien muunnokset kannattaa osata myös potenssisäännöillä, jotta laskimen tuloksen voi tarkistaa.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe B -kurssin luvussa 14: Hapot, emäkset ja tasapaino. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Mikä on veren normaali pH?
Valtimoveren pH on normaalisti välillä 7,35-7,45, eli veri on lievästi emäksistä. Alle 7,35:n arvoa kutsutaan asidoosiksi ja yli 7,45:n arvoa alkaloosiksi. Pitoisuutta ylläpitävät veren puskurit, hengitys, joka säätää hiilidioksidia, ja munuaiset, jotka säätävät vetykarbonaattia ja vetyionien eritystä.
Miten emäksisen liuoksen pH lasketaan?
Lasketaan ensin pOH hydroksidi-ionien konsentraatiosta: pOH = −log[OH⁻]. Sitten pH = 14 − pOH, kun lämpötila on 25 °C. Esimerkiksi 0,0010 mol/l NaOH-liuoksessa [OH⁻] = 10⁻³ mol/l, joten pOH = 3 ja pH = 11.