הגדרת pH ומשוואה בכימיה

pH הוא מדד של מימן יון ריכוז, מדד של חומציות או אלקליות של א פיתרון. סולם ה- pH נע בדרך כלל בין 0 ל -14. פתרונות מימיים בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס עם pH פחות מ- 7 הם חומציבעוד שאלו עם pH גבוה מ- 7 הם בסיסיים או אלקליין. רמת pH של 7.0 ב 25 מעלות צלזיוס מוגדר "ניטראלי" בגלל ה ריכוז של ח₃הו⁺ שווה לריכוז OH⁻ במים טהורים. חומצות חזקות מאוד עשויות להיות pH שליליבעוד שבסיסים חזקים מאוד עשויים להיות בעלי pH הגבוה מ 14.

המשוואה עבור חישוב pH הוצע בשנת 1909 על ידי הביוכימאי הדני סורן פיטר לוריץ סורנסן:

pH = -log [ח⁺]

כאשר היומן הוא לוגריתם הבסיס -10 ו- [H⁺] מייצג את ריכוז יון המימן ביחידות של שומות לליטר. המונח "pH" בא מהמילה הגרמנית "פוטנץ", שפירושה "כוח", בשילוב עם H, סמל היסוד למימן, ולכן pH הוא קיצור של "כוח המימן."

אנו עובדים עם חומצות רבות (pH נמוך) ובסיסים (pH גבוה) בכל יום. דוגמאות לערכי pH של כימיקלים במעבדה ומוצרים ביתיים כוללות:

0: חומצה הידרוכלורית
2.0: מיץ לימון
2.2: חומץ
4.0: יין
7.0: מים טהורים (ניטרליים)
7.4: דם אנושי
13.0: שומן
14.0: נתרן הידרוקסיד

ל- pH יש משמעות רק בתמיסה מימית (במים). אין כימיקלים רבים, כולל נוזלים ערכי pH. אם אין מים, אין pH. לדוגמה, אין ערך pH עבור שמן צמחי, בנזין, או אלכוהול טהור.

לאיחוד הבינלאומי לכימיה טהורה ומיישמת (IUPAC) יש סולם pH מעט שונה המבוסס על מדידות אלקטרוכימיות של פיתרון חיץ סטנדרטי. בעיקרו של דבר, ההגדרה משתמשת במשוואה:

pH = -log א_{H +}

היכן ש_{H +} מייצג פעילות מימן, שהיא הריכוז היעיל של יוני מימן בתמיסה. זה עשוי להיות שונה במקצת מהריכוז האמיתי. סולם ה- pH של IUPAC כולל גם גורמים תרמודינמיים, שעשויים להשפיע על ה- pH.

ברוב המצבים, הגדרת ה- pH הסטנדרטית מספיקה.

ניתן לבצע מדידות pH גסות באמצעות נייר לקמוס או סוג אחר של נייר pH הידוע כמשנה צבעים סביב ערך pH מסוים. מרבית האינדיקטורים וניירות החומציות מועילים רק כדי לדעת אם חומר הוא חומצה או בסיס או כדי לזהות pH בטווח צר. מחוון אוניברסלי הוא תערובת של פתרונות מחוון המיועדים לספק שינוי צבע על פני pH של 2 עד 10.

מדידות מדויקות יותר נעשות תוך שימוש בתקנים ראשוניים לכיול אלקטרודת זכוכית ומד pH. האלקטרודה פועלת על ידי מדידת ההבדל הפוטנציאלי בין אלקטרודת מימן לאלקטרודה סטנדרטית. דוגמה לאלקטרודה רגילה היא כלוריד מכסף.

pH משמש בחיי היומיום כמו גם במדע ותעשייה. זה משמש לבישול (למשל, תגובה של אבקת אפיה וחומצה כדי לגרום למוצרי אפיה להתפחה), לעיצוב קוקטיילים, במנקים ובשימור מזון. זה חשוב בתחזוקת בריכות וטיהור מים, חקלאות, רפואה, כימיה, הנדסה, אוקיאנוגרפיה, ביולוגיה ומדעים אחרים.