Kimyoda pH muhitning kislotaliligini aniqlash uchun logarifmik shkaladir. Bu vodorod ionlarining litri uchun mol birliklarida o'lchanadigan molyar konsentratsiyaning taxminan 10 logarifmining salbiy asosidir. Buni atrof-muhitning kislotaliligi ko'rsatkichi deb ham atash mumkin. Aniqroq aytganda, bu vodorod ioni faolligining manfiy asosi 10 logarifmi. 25°C da pH si 7 dan past bo‘lgan eritmalar kislotali, pH si 7 dan yuqori bo‘lgan eritmalar asosli hisoblanadi. Neytral pH qiymati haroratga bog'liq va harorat ko'tarilganda 7 dan past bo'ladi. Toza suv neytral, pH=7 (25°C da), kislotali ham, ishqoriy ham emas. Ommabop e'tiqoddan farqli o'laroq, juda kuchli kislotalar va asoslar uchun pH qiymati mos ravishda 0 dan kam yoki 14 dan katta bo'lishi mumkin.
Ilova
pH o'lchovlari agronomiya, tibbiyot, kimyo, suvni tozalash va boshqa ko'plab sohalarda muhim ahamiyatga ega.
pH shkalasi kislotaligi xalqaro standartlar tomonidan belgilanadigan standart eritmalar to'plamiga tegishli.kelishuv. Birlamchi pH standartlari vodorod elektrodi va kumush xlorid kabi standart elektrod o'rtasidagi potentsial farqni o'lchash orqali transfer kontsentratsiyasi xujayrasi yordamida aniqlanadi. Suvli eritmalarning pH qiymatini shisha elektrod va pH o'lchagich yoki indikator yordamida o'lchash mumkin.
Ochilish
pH tushunchasi birinchi marta daniyalik kimyogari Soren Piter Laurits Sørensen tomonidan 1909 yilda Karlsberg laboratoriyasida kiritilgan va elektrokimyoviy hujayralar nuqtai nazaridan ta'riflar va o'lchovlarni hisobga olish uchun 1924 yilda hozirgi pH darajasiga qayta ko'rib chiqilgan. Dastlabki ishlarda yozuvda kichik p harfi bilan H harfi bor edi, ya'ni: pH.
Ismning kelib chiqishi
P ning aniq ma'nosi bahsli, ammo Carlsberg jamg'armasiga ko'ra, pH "vodorod kuchi" degan ma'noni anglatadi. Bundan tashqari, p nemischa potenz ("kuch") so'zini anglatadi, boshqalari frantsuzcha puisance (shuningdek, "kuch" degan ma'noni anglatadi, Karlsberg laboratoriyasi frantsuz bo'lganligidan kelib chiqqan holda) nazarda tutilgan. Yana bir taklif shuki, p lotincha pondus hydroii (vodorod miqdori), potentio hydroii (vodorod sig‘imi) yoki potentsial gidroli (vodorod salohiyati) atamalariga ishora qiladi. Shuningdek, Sørensen p va q harflaridan (odatda matematikada konjugat harflar) oddiygina test yechimini (p) va etalon yechimni (q) belgilash uchun ishlatganligi ham taklif qilingan. Hozirgi vaqtda kimyoda p o'nlik logarifmni bildiradi va shuningdek, muhit kislotaligining dissotsiatsiya konstantalari uchun ishlatiladigan pKa atamasida ishlatiladi.
Amerika hissalari
O'z ishining sut mahsulotlari va oziq-ovqat xavfsizligiga ta'siri bilan mashhur bo'lgan bakteriolog Elis Evans 1910-yillarda pH o'lchash usullarini ishlab chiqish uchun Uilyam Mansfild Klark va uning hamkasblariga ishongan, bu esa keyinchalik laboratoriya va sanoatga keng ta'sir ko'rsatgan. foydalanish. O'z xotiralarida u Klark va uning hamkasblari Sorensenning oldingi yillardagi ishi haqida qancha yoki qanchalik kam bilgani haqida gapirmaydi. O'sha paytda olimlar atrof-muhitning kislotalilik / ishqoriyligi masalasini faol o'rganishgan.
Kislota ta'siri
Doktor Klarkning e'tibori kislotaning bakteriyalar o'sishiga ta'siriga qaratildi. Va shu tufayli u atrof-muhitning kislotaliligining vodorod indeksi haqidagi o'sha paytdagi fan g'oyasini to'ldirdi. U vodorod ionlarining kontsentratsiyasi bo'yicha kislotaning intensivligi ularning o'sishiga ta'sir qilganligini aniqladi. Ammo muhitning kislotaliligini o'lchashning mavjud usullari kislotaning intensivligini emas, balki miqdorini aniqladi. Keyin doktor Klark hamkasblari bilan vodorod ionlari kontsentratsiyasini o'lchashning aniq usullarini ishlab chiqdi. Ushbu usullar butun dunyo bo'ylab biologik laboratoriyalarda kislotani aniqlash uchun noaniq titrlash usulini almashtirdi. Bundan tashqari, ular keng qo'llaniladigan ko'plab sanoat va boshqa jarayonlarda qo'llanilishi mumkinligi aniqlandi.
Amaliy jihat
Birinchi elektron pH o'lchash usuli 1934 yilda Kaliforniya Texnologiya Instituti professori Arnold Orvil Bekman tomonidan ixtiro qilingan. Aynan shu nuqtada mahalliy tsitrus yetishtiruvchisi ediSunkist yaqin atrofdagi bog'lardan yig'ib olgan limonlarning pH darajasini tezda tekshirish uchun yaxshiroq usulni xohladi. Muhitning kislotaligining ta'siri har doim hisobga olindi.
Masalan, vodorod ioni faolligi 5 × 10–6 boʻlgan eritma uchun (bu darajada, bu, aslida, vodorod ionlarining mollari soni. eritmaning litri uchun), biz 1 / (5 × 10-6)=2 × 105 olamiz. Shunday qilib, bunday eritmaning pH qiymati 5,3 ga teng. bir mol suv, bir mol vodorod ioni va bir mol gidroksid ionlari mos ravishda 18 g, 1 g va 17 g, toza 107 mol (pH 7) suv miqdori taxminan 1 g dissotsilangan vodorod ionlarini (yoki, aniqrog'i, 19 g H3O + gidroniy ionlari) va 17 g gidroksid ionlari.
Haroratning roli
E'tibor bering, pH haroratga bog'liq. Masalan, 0 °C da toza suvning pH qiymati 7,47, 25 °C da 7, 100 °C da 6,14.
Elektrod potentsiali pH faollik nuqtai nazaridan aniqlanganda pH bilan mutanosib. To'g'ri pH o'lchovi ISO 31-8 xalqaro standartida taqdim etilgan.
Galvanik element mos yozuvlar elektrodi va vodorod ioni faolligini sezuvchi elektrod oʻrtasidagi elektromotor kuchni (EMF) oʻlchash uchun sozlangan, har ikkalasi ham bir xil suvli eritmaga botirilganda. Yo'n altiruvchi elektrod kumush xlorid ob'ekti yoki kalomel elektrodi bo'lishi mumkin. Vodorod ioni selektiv elektrod bu ilovalar uchun standart hisoblanadi.
Bu jarayonni amaliyotga tatbiq etish uchun katta hajmli vodorod elektrodi oʻrniga shisha elektrod ishlatiladi. Uo'rnatilgan mos yozuvlar elektrodga ega. Shuningdek, u vodorod ioni faolligi ma'lum bo'lgan bufer eritmalariga nisbatan kalibrlanadi. IUPAC H+ faolligi ma'lum bo'lgan bufer eritmalar to'plamidan foydalanishni taklif qildi. Nishab idealdan bir oz kamroq bo'lishi mumkinligini hisobga olish uchun ikki yoki undan ortiq bufer eritmalari qo'llaniladi. Ushbu kalibrlash usulini amalga oshirish uchun elektrod avval standart eritmaga botiriladi va pH o'lchagich ko'rsatkichi standart bufer qiymatiga o'rnatiladi.
Keyingi nima?
Ikkinchi standart bufer eritmasidan o'qish, keyin bu eritma uchun pH darajasiga teng bo'lishi uchun nishab nazorati yordamida tuzatiladi. Ikkitadan ortiq bufer eritmasidan foydalanilganda, elektrod kuzatilgan pH qiymatlarini standart tampon qiymatlariga nisbatan to'g'ri chiziqqa moslash orqali kalibrlanadi. Tijorat standarti bufer yechimlari odatda 25 °Cdagi qiymat va boshqa haroratlar uchun qo'llaniladigan tuzatish koeffitsienti haqida ma'lumot bilan ta'minlanadi.
Tanriflash xususiyati
pH shkalasi logarifmik va shuning uchun pH o'lchovsiz miqdor bo'lib, ko'pincha boshqa narsalar qatori hujayraning ichki muhitining kislotaliligini o'lchash uchun ishlatiladi. Bu Sorensenning asl ta'rifi bo'lib, 1909 yilda almashtirilgan.
Biroq, agar elektrod vodorod ionlari kontsentratsiyasi bo'yicha kalibrlangan bo'lsa, vodorod ioni kontsentratsiyasini bevosita o'lchash mumkin. Buning keng tarqalgan usullaridan biri ma'lum konsentratsiyali eritmani titrlashdirqo'llab-quvvatlovchi elektrolitning nisbatan yuqori konsentratsiyasi mavjudligida kuchli ishqorning ma'lum konsentratsiyasi eritmasi bilan kuchli kislota. Kislota va ishqor kontsentratsiyasi ma'lum bo'lgani uchun potentsial o'lchangan qiymatga bog'lanishi uchun vodorod ioni kontsentratsiyasini hisoblash oson.
Ko'rsatkichlar rangi o'zgarganidan foydalanib, pH ni o'lchash uchun ishlatilishi mumkin. Sinov eritmasining rangini standart rang shkalasi bilan vizual taqqoslash pH ni butun son aniqligi bilan o'lchash imkonini beradi. Rangni rang o'lchagich yoki spektrofotometr yordamida spektrofotometrik tarzda o'lchashda aniqroq o'lchovlar mumkin. Universal indikator taxminan pH 2 dan pH 10 gacha doimiy rang o'zgarishi bo'lishi uchun indikatorlar aralashmasidan iborat. Universal indikator qog'oz universal indikator bilan singdirilgan changni yutish qog'ozdan tayyorlanadi. PH ni o'lchashning yana bir usuli - elektron pH o'lchagichdan foydalanish.
Oʻlchov darajalari
pH ni taxminan 2,5 dan past (taxminan 0,003 mol kislota) va taxminan 10,5 dan (taxminan 0,0003 mol gidroksidi) o'lchash maxsus protseduralarni talab qiladi, chunki shisha elektroddan foydalanganda Nernst qonuni bunday qiymatlarda buziladi. Bunga turli omillar yordam beradi. Suyuqlikning o'tish potentsiallari pH dan mustaqil deb taxmin qilish mumkin emas. Bundan tashqari, ekstremal pH eritmaning konsentrlanganligini anglatadi, shuning uchun elektrod potentsiallari ion kuchining o'zgarishiga ta'sir qiladi. Yuqori pH da shisha elektrod bo'lishi mumkinelektrod eritmadagi Na+ va K+ kabi kationlar kontsentratsiyasiga sezgir bo'lib qolganligi sababli ishqoriy xatoga duchor bo'ladi. Ushbu muammolarni qisman bartaraf etadigan maxsus ishlab chiqilgan elektrodlar mavjud.
Konlardan yoki ma'dan chiqindilaridan oqadigan suv juda past pH qiymatlariga olib kelishi mumkin.
Toza suv neytral hisoblanadi. Bu kislotali emas. Kislota suvda eriganida, pH 7 (25 ° C) dan past bo'ladi. Ishqor suvda eriganda, pH 7 dan katta bo'ladi. Xlorid kislotasi kabi kuchli kislotaning 1 mol eritmasi pH nolga teng. 1 mol konsentratsiyadagi natriy gidroksid kabi kuchli gidroksidi eritmasi pH qiymati 14 ga teng. Shunday qilib, o'lchangan pH qiymatlari odatda 0 dan 14 gacha bo'ladi, ammo salbiy pH qiymatlari va qiymatlari. 14 dan yuqori boʻlishi mumkin.
Koʻp narsa eritma muhitining kislotaligiga bogʻliq. PH logarifmik shkala bo'lganligi sababli, bir pH birligining farqi vodorod ionlari konsentratsiyasining o'n barobar farqiga teng. Neytrallik PH 7 ga (25 ° C da) to'liq etib bormaydi, garchi ko'p hollarda bu yaxshi taxminiydir. Neytrallik [H+]=[OH-] bo'lgan shart sifatida aniqlanadi. Suvning o'z-o'zidan ionlanishi ushbu konsentratsiyalar mahsulotini [H+] × [OH-]=Kw saqlaganligi sababli, neytrallikda [H+]=[OH-]=√Kw yoki pH=pKw / 2 ekanligini ko'rish mumkin.
PKw taxminan 14, lekin ion kuchi va haroratga bog'liq, shuning uchun muhitning pH qiymati ham muhimdir, bu neytral bo'lishi kerakDaraja. Toza suv va NaCl ning toza suvdagi eritmasi neytral hisoblanadi, chunki suvning dissotsiatsiyasi ikkala ionning bir xil miqdorini hosil qiladi. Biroq, neytral NaCl eritmasining pH qiymati neytral toza suvning pH qiymatidan bir oz farq qiladi, chunki vodorod va gidroksid ionlarining faolligi ion kuchiga bog'liq, shuning uchun Kw ion kuchiga qarab o'zgaradi.
O'simliklar
PH ko'rsatkichlari sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan qaram o'simlik pigmentlari ko'plab o'simliklarda, jumladan, gibiskus, qizil karam (antosyanin) va qizil sharobda mavjud. Sitrus sharbati kislotali, chunki uning tarkibida limon kislotasi mavjud. Boshqa karboksilik kislotalar ko'plab tirik tizimlarda mavjud. Masalan, sut kislotasi mushak faoliyati natijasida hosil bo'ladi. Fosfat hosilalarining protonlanish holati, masalan, ATP, pH muhitining kislotaligiga bog'liq. Gemoglobin kislorod uzatish fermentining ishlashiga ildiz effekti deb nomlanuvchi jarayonda pH ta'sir qiladi.
Dengiz suvi
Dengiz suvida pH odatda 7,5 dan 8,4 gacha chegaralanadi. U okeandagi uglerod aylanishida muhim rol o'ynaydi va karbonat angidrid emissiyasi tufayli okeanning davom etayotgan kislotalanishi haqida dalillar mavjud. Biroq, pH ni o'lchash dengiz suvining kimyoviy xossalari bilan murakkablashadi va kimyoviy okeanografiyada bir necha xil pH shkalalari mavjud.
Maxsus yechimlar
Kislotalilik (pH) shkalasining operatsion ta'rifining bir qismi sifatida IUPAC pH diapazonida (ko'pincha shunday deb ataladi) bir qator bufer eritmalarini belgilaydi. NBS yoki NIST). Ushbu eritmalar dengiz suvi (≈0,7) bilan solishtirganda nisbatan past ion kuchiga ega (≈0,1) va natijada dengiz suvining pH tavsifida foydalanish tavsiya etilmaydi, chunki ion kuchidagi farqlar elektrod salohiyatining o'zgarishiga olib keladi. Ushbu muammoni hal qilish uchun sun'iy dengiz suviga asoslangan muqobil buferlar seriyasi ishlab chiqilgan.
Ushbu yangi seriya namunalar va tamponlar oʻrtasidagi ion kuchi farqlari muammosini hal qiladi va oʻrta kislotalilik uchun yangi pH shkalasi umumiy shkala deb ataladi, odatda pH deb ataladi. Umumiy shkala sulfat ionlarini o'z ichiga olgan muhit yordamida aniqlandi. Ushbu ionlar H+ + SO2-4 ⇌ HSO-4 protonatsiyasini boshdan kechiradi, shuning uchun umumiy shkala protonlar (erkin vodorod ionlari) va vodorod sulfidi ionlarining ta'sirini o'z ichiga oladi:
[H+] T=[H+] F + [HSO-4].
Koʻpincha pHF deb ataladigan muqobil erkin shkala bu fikrni eʼtibordan chetda qoldirib, faqat [H+]F ga eʼtibor qaratadi, bu esa uni vodorod ioni kontsentratsiyasining oddiyroq koʻrinishiga aylantiradi. Faqat [H+] T ni aniqlash mumkin, shuning uchun [H+] F ni [SO2-4] va HSO-4 barqarorlik konstantasi yordamida baholash kerak, KS:
[H +] F=[H+] T - [HSO-4]=[H+] T (1 + [SO2-4] / K S) -1.
Ammo dengiz suvida KS ni taxmin qilish qiyin, bu oddiyroq erkin shkalaning foydaliligini cheklaydi.
Dengiz suvi shkalasi deb nomlanuvchi, odatda pHSWS deb ataladigan boshqa shkala vodorod ionlari va ftorid ionlari, H+ + F- ⇌ oʻrtasidagi keyingi proton bogʻlanishini hisobga oladi. HF. Natija [H+] SWS uchun quyidagi ifodadir:
[H+] SWS=[H+] F + [HSO-4] + [HF]
Biroq, bu qoʻshimcha murakkablikni hisobga olishning foydasi muhitdagi ftor miqdoriga bogʻliq. Masalan, dengiz suvida sulfat ionlari ftor konsentratsiyasiga qaraganda ancha yuqori konsentratsiyada (> 400 marta) topiladi. Natijada, ko'pgina amaliy maqsadlar uchun umumiy shkala va dengiz suvi shkalasi o'rtasidagi farq juda kichik.
Quyidagi uchta tenglama uchta pH shkalasini umumlashtiradi:
pHF=- log [H+] FpHT=- log ([H+] F + [HSO-4])=- log [H+] TpHSWS=- log ([H+] F + [HSO-4] + [HF])=- log [H+]
Amaliy nuqtai nazardan, kislotali muhitning (yoki dengiz suvining) uchta pH shkalasi 0,12 pH birligigacha bo'lgan qiymatlarida farqlanadi va farqlar odatda aniqligi uchun talab qilinadiganidan ancha katta. pH o'lchovlari, xususan, okean karbonat tizimiga nisbatan.
