Ορισμός και εξίσωση ρΗ στη χημεία

Το pH είναι ένα μέτρο υδρογόνο ιόν συγκέντρωση, ένα μέτρο του οξύτητα ή αλκαλικότης του α λύση. Η κλίμακα του pH συνήθως κυμαίνεται από 0 έως 14. Υδατικά διαλύματα στους 25 ° C με ένα ρΗ μικρότερο από 7 όξινο, ενώ εκείνα με ρΗ μεγαλύτερο από 7 είναι βασικά ή αλκαλική. Ένα επίπεδο pH του 7.0 στους 25 ° C ορίζεται ως "ουδέτερος" επειδή η συγκέντρωση του Η₃Ο⁺ ισούται με τη συγκέντρωση του ΟΗ⁻ σε καθαρό νερό. Πολύ ισχυρά οξέα μπορεί να έχουν ένα αρνητικό ρΗ, ενώ πολύ ισχυρές βάσεις ενδέχεται να έχουν ένα ρΗ μεγαλύτερο από 14.

Η εξίσωση για υπολογισμός του pH προτάθηκε το 1909 από τον Δανό βιοχημικό Søren Peter Lauritz Sørensen:

ρΗ = -log [Η⁺]

όπου log είναι ο λογάριθμος βάσης-10 και [Η⁺] αντιπροσωπεύει τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου σε μονάδες γραμμομορίων ανά λίτρο διαλύματος. Ο όρος "pH" προέρχεται από τη γερμανική λέξη "potenz", που σημαίνει "ισχύ", σε συνδυασμό με το H, το σύμβολο στοιχείου για το υδρογόνο, έτσι το pH είναι συντομογραφία της "δύναμης του υδρογόνου".

Δουλεύουμε με πολλά οξέα (χαμηλό pH) και βάσεις (υψηλό pH) καθημερινά. Παραδείγματα τιμών pH των εργαστηριακών χημικών ουσιών και των οικιακών προϊόντων περιλαμβάνουν:

0: υδροχλωρικό οξύ
2.0: χυμός λεμονιού
2.2: ξύδι
4.0: κρασί
7.0: καθαρό νερό (ουδέτερο)
7.4: ανθρώπινο αίμα
13,0: λυο
14.0: υδροξείδιο του νατρίου

Το ρΗ έχει μόνο νόημα σε ένα υδατικό διάλυμα (σε νερό). Πολλές χημικές ουσίες, συμπεριλαμβανομένων των υγρών, δεν έχουν τιμές pH. Εάν δεν υπάρχει νερό, δεν υπάρχει pH. Για παράδειγμα, δεν υπάρχει τιμή pH για φυτικό λάδι, βενζίνη ή καθαρή αλκοόλη.

Η Διεθνής Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας (IUPAC) έχει μια ελαφρώς διαφορετική κλίμακα pH που βασίζεται σε ηλεκτροχημικές μετρήσεις ενός τυποποιημένου ρυθμιστικού διαλύματος. Ουσιαστικά, ο ορισμός χρησιμοποιεί την εξίσωση:

pH = -log α_{Η +}

όπου ένας_{Η +} σημαίνει ενεργότητα υδρογόνου, η οποία είναι η αποτελεσματική συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου σε ένα διάλυμα. Αυτό μπορεί να είναι ελαφρώς διαφορετικό από την πραγματική συγκέντρωση. Η κλίμακα pH IUPAC περιλαμβάνει επίσης θερμοδυναμικούς παράγοντες, οι οποίοι μπορεί να επηρεάσουν το ρΗ.

Για τις περισσότερες περιπτώσεις, ο τυπικός ορισμός του pH είναι επαρκής.

Μπορεί να γίνει μέτρια μέτρηση του pH χρησιμοποιώντας χαρτί χαρτιού ή άλλου τύπου χαρτιού pH που είναι γνωστό ότι αλλάζει χρώματα γύρω από μια ορισμένη τιμή pH. Οι περισσότεροι δείκτες και χαρτιά ρΗ είναι χρήσιμα μόνο για να διαπιστωθεί αν μια ουσία είναι οξύ ή βάση ή για να προσδιοριστεί το pH μέσα σε ένα στενό εύρος. Ένας γενικός δείκτης είναι ένα μείγμα από διαλύματα δείκτη που προορίζονται για να δώσουν μια αλλαγή χρώματος σε μια περιοχή ρΗ από 2 έως 10.

Πιο ακριβείς μετρήσεις πραγματοποιούνται με τη χρήση πρωτογενών προτύπων για τη βαθμονόμηση ενός γυάλινου ηλεκτροδίου και ενός μετρητή pH. Το ηλεκτρόδιο λειτουργεί με τη μέτρηση της διαφοράς δυναμικού μεταξύ ενός ηλεκτροδίου υδρογόνου και ενός τυπικού ηλεκτροδίου. Ένα παράδειγμα ενός τυποποιημένου ηλεκτροδίου είναι το χλωριούχο άργυρο.

Το pH χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή καθώς και στην επιστήμη και τη βιομηχανία. Χρησιμοποιείται στο μαγείρεμα (π.χ., αντιδρώντας τη σκόνη ψησίματος και ένα οξύ για να φτιάξει τα ψητά προϊόντα), να σχεδιάσει κοκτέιλ, σε καθαριστικά και να συντηρήσει τα τρόφιμα. Είναι σημαντικό στη συντήρηση της πισίνας και τον καθαρισμό του νερού, τη γεωργία, την ιατρική, τη χημεία, τη μηχανική, την ωκεανογραφία, τη βιολογία και άλλες επιστήμες.