pH میزان اسیدی یا بازی بودن یک ماده است. در زندگی روزمره ما با مایعات زیادی با pH متفاوت مواجه می شویم و می نوشیم. آب یک ماده خنثی است. نوشابه و قهوه اغلب اسیدی هستند. pH یک ویژگی مهم است، زیرا بر نحوه تعامل مواد با یکدیگر و با بدن ما تأثیر می گذارد. در دریاچه ها و اقیانوس های ما، pH تعیین می کند که چه موجوداتی قادر به ادامه حیات در آب هستند. برای یادگیری واژگان مرتبط با pH، نحوه استفاده از فرمول pH، نحوه محاسبه pH و اینکه چرا pH یک اندازه گیری مهم است، به ادامه مطلب بروید!
pH چیست؟
pH معیاری است که نشان می دهد یک ماده چقدر بازی یا اسیدی است. PH دارای محدوده 0-14 است. PH بیشتر از 7 به این معنی است که ماده اولیه است. PH کمتر از 7 به معنی اسیدی بودن ماده است. هنگامی که PH دقیقاً 7 است، نشان می دهد که ماده خنثی است.
ماده اسیدی هر چیزی است که از یک پروتون خارج شود. یک ماده اساسی یک پروتون را می پذیرد. برای اطلاعات بیشتر در مورد اسیدها و بازها به این مقاله مراجعه کنید .
فرمول pH این است:
pH = -log ([H + ])
این فرمول برای pH با جزئیات بیشتر در بخش زیر مورد بحث قرار گرفته است، از جمله نحوه استفاده از فرمول pH.
لینک های مربوطه
- اسیدها و بازهای قوی
- خواص اسیدها و بازها
- شیمی اسید باز
- بافرها
- نظریه های پایه اسید: اسیدهای آرنیوس و برونستد-لوری
- واکنش خنثی سازی اسید باز
مقیاس pH چیست؟
مقیاس pH از عدد 0 شروع می شود و به عدد 14 ختم می شود. اسیدی ترین مواد نزدیک به 0 خواهند بود، در حالی که اساسی ترین یا قلیایی ترین مواد نزدیک به 14 خواهند بود . اساسی ترین یا قلیایی ترین مواد دارای طبقه بندی بین 7 تا 14 خواهند بود.
فرمول pH
pH = -log ([H + ])
فرمول pH در بالا نشان داده شده است. pH به عنوان پایه لگاریتم منفی 10 غلظت هیدرونیوم تعریف می شود.
pH معیار لگاریتمی غلظت یون هیدروژن در محلول است. از آنجا که pH در یک مقیاس log است به این معنی که افزایش pH با 1 برابر است با ضرب غلظت یون H + در 10! بنابراین حتی اگر تفاوت بین pH 6 و pH 7 ممکن است کوچک به نظر برسد، در واقع بسیار قابل توجه است. برای معادله pH، غلظت یون هیدروژن همیشه یک غلظت مولی است، یعنی مول H + در لیتر.
نحوه محاسبه PH
اگر غلظت یون های هیدروژن را می دانید، محاسبه pH فقط به معادله pH متصل می شود. گاهی اوقات، یک مشکل به شما می گوید که یک اسید به طور کامل به یون در محلول تجزیه می شود. در این مورد، دانستن غلظت یون هیدروژن مستقیم است.
به عنوان مثال: فرض کنید یک محلول مولی 0.2 HCl به طور کامل در محلول تجزیه می شود. این بدان معناست که برای هر مول اسید هیدروکلریک، 1 مول یون H + وجود دارد . (HCl یک اسید قوی است ، بنابراین کاملاً تجزیه می شود). بنابراین غلظت یون های هیدروژن 0.2 M است. فرمول pH به ما می گوید که pH لاگ منفی غلظت یون هیدروژن است – که 0.2 مولار است. سپس از یک ماشین حساب برای وصل کردن 0.2 M به فرمول pH استفاده کنید.
pH = -log ([H + ]) = – log (0.1) = 0.699
حال اگر اسید به طور کامل تفکیک نشد و Ka اسید را به شما دادند ، باید pH را از Ka محاسبه کنید که در این مقاله به آن پرداخته شده است .
معادله pH – تبدیل pH به H +
در برخی شرایط، ما PH را می دانیم و نیاز به تبدیل به غلظت مولی یون های H + داریم . برای این کار باید لگاریتم را از معادله اول با بالا بردن عدد 10 به توان pH منفی معکوس کنیم.
[H + ] = 10 -pH
با استفاده از این معادله، متوجه می‌شویم که اگر pH یک محلول 7 باشد، آنگاه [H + ] = 10 -7 M. اگر pH یک محلول 0 باشد، آنگاه [H + ] = 10 -0 M = 1M (a یک محلول مولی)، و اگر pH محلول 14 باشد، آنگاه [H + ] = 10-14 M.
اندازه گیری PH
روش های مختلفی برای اندازه گیری pH یک ماده در آزمایشگاه، خانه یا مزرعه وجود دارد.
- پروب pH: پروب pH ابزاری است که دارای یک بازو با دو الکترود کوچک در آن است. بازو در یک ماده قرار می گیرد و الکترودها به pH محلول پاسخ می دهند. pH معمولاً روی یک صفحه نمایش کوچک نمایش داده می شود. این ساز در دو مدل بزرگ و کوچک قابل حمل وجود دارد.
2. کاغذ تورنسل: کاغذ تورنسل نوار نازکی از کاغذ است که بر اساس PH محلولی که در آن فرو می رود تغییر رنگ می دهد. این نشانگر PH را می توان در برخی از فروشگاه های لوازم خانگی برای تست PH آکواریوم ها یافت.
3. نشانگرهای شیمیایی: نشانگرهای شیمیایی مواد شیمیایی هستند که می توانید آنها را در محلول قرار دهید که با تغییر pH رنگ محلول را تغییر می دهند. برخی از موارد رایج عبارتند از فنل فتالئین، برومتیمول بلو و تورنسل. اگرچه این پایان نامه ها pH دقیقی را به شما نمی دهند، اما راه بسیار خوبی برای بیان اینکه pH یک ماده چیست، هستند.
4. بسیاری دیگر: بسیاری از مواد شیمیایی دیگر وجود دارند که می توانند به روش های مختلف به عنوان شاخص عمل کنند. یکی از مواردی که به راحتی در خانه قابل آزمایش است، استفاده از آب کلم است. دستورالعمل های ساخت نشانگر آب کلم خود را می توانید در اینجا پیدا کنید . یکی دیگر از فعالیت های عالی برای کاوش pH مواد مختلف را می توان در اینجا یافت .
pOH
اصطلاح pOH شبیه به pH است، اما به قلیایی یا بازی اشاره دارد، یعنی غلظت یون هیدروکسید (OH-) در یک محلول. عملکرد دو مقیاس یکسان است، با این تفاوت که مقیاس معکوس است. یک ماده خنثی هم pH و هم pOH 7 دارد. اما در مقیاس pOH یک ماده پایه دارای pOH کمتر از 7 خواهد بود. معادله pOH مانند pH است به جز استفاده از غلظت هیدروکسید به جای H + :
pOH = -log [OH – ]
آب و PH آن
آب خالص دارای PH 7 در مقیاس pH است، به این معنی که خنثی است. در آب خالص، غلظت یون هیدروژن و یون هیدروکسید هر دو یکسان است – 10-7 M.
با این حال، اسیدها، بازها یا نمک های محلول می توانند آن را اسیدی یا بازی کنند. به عنوان مثال، آب اقیانوس تمایل به PH حدود 8 دارد. حتی یک لیوان آب نیز به دلیل دی اکسید کربن موجود در جو که در آن حل می شود، PH دقیقاً 7 نخواهد داشت. آلاینده ها همچنین می توانند PH آب را تغییر دهند، بنابراین pH آب به طور مکرر در بسیاری از موقعیت ها برای ایمنی و تحقیقات کنترل می شود.
K w در شیمی
Kw ثابت تفکیک یا ثابت یونیزاسیون آب است .
هنگامی که آب یونیزه می شود، به یک یون هیدروژن (H + ) و یک یون هیدروکسید (OH – ) تقسیم می شود. H + به خودی خود در آب ناپایدار است و ترجیح می دهد یک یون هیدرونیوم (H 3 O + ) تشکیل دهد ، اما برای راحتی ما معمولا هنوز آن را H + می نامیم .
ثابت یونیزاسیون آب نشان دهنده درجه وجود آن به عنوان یون در مقابل هم به عنوان یک مولکول و برابر است با غلظت H + برابر غلظت OH – :
K w = [H + ][OH – ]
pK w = -log K w
در دمای اتاق، Kw = 10-14 و pKw = 14. می‌توانیم از این ثابت برای تبدیل بین pH و pOH از طریق معادله زیر استفاده کنیم:
pH + pOH = pK w
چرا pH مهم است؟
برخی از واکنش های شیمیایی فقط تحت شرایط pH خاصی انجام می شود. گاهی اوقات به این دلیل است که H + یا OH – به عنوان یک واکنش دهنده در واکنش عمل می کند. در موارد دیگر، اسید یا باز می توانند یک واکنش را کاتالیز کنند، به این معنی که بر سرعت واکنش تأثیر می گذارند.
موجودات زنده به طیف گسترده ای از واکنش ها و فرآیندهای بیوشیمیایی متکی هستند که اکثر آنها به محدوده pH خاصی نیاز دارند. در نتیجه، اکوسیستم هایی مانند دریاچه ها و رودخانه ها تحت شرایط pH که برای بیوشیمی گیاهان و جانوران محلی مطلوب است، رشد می کنند.
مانند یک اکوسیستم، بدن انسان دارای pH خاصی است که به عملکرد صحیح وظایف مختلفی که بدن ما انجام می دهد اجازه می دهد. ما به یک مقدار در خون خود و مقداری کاملاً متفاوت (بسیار اسیدی تر) در مایعات گوارشی خود نیاز داریم. در غیر این صورت، بیوشیمی طبیعی می تواند شکسته شود و باعث مشکلات جدی سلامتی شود. خوشبختانه، انسان و بسیاری از موجودات دیگر دارای خون بافری هستند ، به طوری که PH نمی تواند به راحتی تغییر کند. به همین دلیل است که اگر یک بطری آب قلیایی یا نوشابه اسیدی بنوشید، خون شما تقریباً ثابت می ماند و شما را از اثرات عدم تعادل در امان نگه می دارد!
یکی دیگر از پیامدهای این شبکه ایمنی که در خون شما تعبیه شده است این است که مزایای سلامتی رایج مرتبط با آب قلیایی عمدتاً ساخته شده است. حتی اگر خون شما به نوعی خیلی اسیدی بود، نوشیدن مقداری آب با PH 8 به سختی آن را تغییر می داد!
حقایق جالب در مورد مقیاس pH
- اسیدها معمولاً مانند لیمو طعم ترش دارند
- پایه ها تمایل به طعم تلخ دارند
- سورن پدر لاوریتز سورنسن فرمول pH و مقیاس pH را در سال 1909 ابداع کرد. سورنسن یک شیمیدان دانمارکی بود که در آزمایشگاه کارلسبرگ کار می کرد.
- بسیاری از پاک کننده ها بسیار ابتدایی هستند (PH> 10). برخی از نمونه ها شامل پاک کننده تخلیه، محلول سفید کننده و آمونیاک است. همیشه در کار با مواد بسیار اساسی یا بسیار اسیدی مراقب باشید.
- به دلیل افزایش دی اکسید کربن در هوا، اقیانوس های ما در حال حاضر در حال کاهش pH هستند که به این معنی است که آنها اسیدی تر می شوند. تغییر pH اثرات آبشاری بر موجودات اقیانوس دارد. برای پیشینه و فعالیت های مربوط به این موضوع، به این مقاله مراجعه کنید .