پی اچ چیست

کاغذ پی اچ چه کاربردی دارد

pH مقیاسی است که برای مشخص کردن چربی یا اسیدی بودن محلول مبتنی بر آب استفاده می شود. محلولهای اسیدی pH کمتری دارند ، در حالی که محلولهای پایه دارای pH بالاتر هستند. در دمای اتاق (25 درجه سانتیگراد یا 77 درجه فارنهایت) ، آب خالص نه اسیدی است و نه پایه و pH 7 دارد.

مقیاس pH لگاریتمی است و معکوس غلظت یون های هیدروژن در محلول را نشان می دهد (pH پایین تر نشان دهنده غلظت بالاتر یون های هیدروژن است). دلیل این امر این است که فرمول مورد استفاده برای محاسبه pH ، منفی لگاریتم پایه 10 غلظت مولی  یون های هیدروژن موجود در محلول را تقریب می دهد. به طور دقیق تر ، pH منفی لگاریتم پایه 10 فعالیت یون هیدروژن است.

در دمای 25 درجه سانتیگراد ، محلول هایی با pH کمتر از 7 اسیدی هستند و محلول هایی با pH بالاتر از 7 پایه هستند. مقدار خنثی pH به دما بستگی دارد و در صورت افزایش دما از 7 پایین تر است. مقدار pH برای اسیدهای بسیار قوی می تواند کمتر از 0 یا برای پایه های بسیار قوی از 14 باشد.

مقیاس pH برای مجموعه ای از محلول های استاندارد که pH آنها با توافق بین المللی برقرار می شود قابل ردیابی است. مقادیر استاندارد pH اولیه با استفاده از یک سلول غلظت با انتقال ، با اندازه گیری اختلاف احتمالی بین الکترود هیدروژن و یک الکترود استاندارد مانند الکترود کلرید نقره تعیین می شود . pH محلول های آبی را می توان با الکترود شیشه ای و pH سنج یا یک نشانگر تغییر رنگ سنجید. اندازه گیری pH در شیمی ، زراعت ، پزشکی ، تصفیه آب و بسیاری از کاربردهای دیگر مهم است.

 

تاریخ

مفهوم pH نخستین بار توسط شیمیدان دانمارکی سورن پدر لوریتز سورنسن در آزمایشگاه کارلسبرگ در سال 1909 ارائه شد و در pH مدرن در سال 1924 تجدید نظر شد تا بتواند تعاریف و اندازه گیری ها از نظر سلولهای الکتروشیمیایی را در خود جای دهد. در مقالات اول ، نماد دارای “H” به عنوان مشترک “ح” برای حروف کوچک بود ، به این ترتیب: p H.

معنای دقیق “p” در “pH” مورد اختلاف است ، زیرا سورنسن توضیح نداده است که چرا از آن استفاده کرده است. او روشی برای اندازه گیری آن با استفاده از اختلافات احتمالی توصیف می کند ، و قدرت منفی 10 در غلظت یون های هیدروژن را نشان می دهد. همه کلمات اینها با p در فرانسه ، آلمانی و دانمارکی شروع می شود ، همه زبانی که سورنسن در آن منتشر کرد: آزمایشگاه کارلسبرگ فرانسوی زبان بود ، آلمانی زبان غالب نشر علمی بود و سورنسن دانمارکی بود. او همچنین از «q» به همان روش در جای دیگر کاغذ استفاده کرد. بنابراین “p” می تواند در مقابل فرانسوی فرانسوی ، آلمانی Potenz آلمانی یا Daniel Potens به معنای “قدرت” باشد یا می تواند به معنای “پتانسیل” باشد. او همچنین ممکن است فقط راه حل آزمایش “p” و راه حل مرجع “q” را به طور دلخواه برچسب زده باشد. این حروف اغلب زوج هستند.  اندکی برای تأیید این پیشنهاد وجود دارد که “pH” مخفف اصطلاحات لاتین pondus hydrogenii (مقدار هیدروژن) یا potentia hydrogenii (قدرت هیدروژن) است.

در حال حاضر در شیمی ، p مخفف ” cologarithm decimal of” است ، و همچنین در اصطلاح p K a به کار می رود ، که برای ثابت سازی تفکیک اسید  و pOH ، معادل یونهای هیدروکسید استفاده می شود.

آلیس C. ایوانز ، باکتری شناس ، به دلیل تأثیر کار خود در لبنیات و ایمنی مواد غذایی مشهور ، ویلیام مانسفیلد کلارک و همکارانش (که او یکی از آنها بود) با توسعه روش های اندازه گیری pH در دهه 1910 که تأثیر گسترده ای در آزمایشگاه و استفاده صنعتی پس از آن داشت ، اعتبار بخشید. . وی در خاطرات خود ذکر نمی کند که کلارک و همکارانش چقدر ، یا اندک ، چند سال قبل از کار سورنسن اطلاع داشتند.

او گفت:

در این مطالعات [از متابولیسم باکتریایی] توجه دکتر کلارک به تأثیر اسید بر رشد باکتریها معطوف شد. وی دریافت که این شدت اسید از نظر غلظت یون هیدروژن است که بر رشد آنها تأثیر می گذارد. اما روش های موجود برای اندازه گیری اسیدیته میزان و نه شدت اسید را تعیین می کند. در مرحله بعد ، دکتر کلارک با همکاران خود روشهای دقیقی برای اندازه گیری غلظت یون هیدروژن ایجاد کرد. این روشها جایگزین روش نادرست تیتراسیون در تعیین میزان اسید مورد استفاده در آزمایشگاههای بیولوژیک در سراسر جهان شد. همچنین مشخص شد که در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و سایر روشهای کاربرد گسترده آنها قابل استفاده است. 

pH به عنوان لگاریتم اعشاری متقابل فعالیت یون هیدروژن ، H + ، در محلول تعریف می شود.

این تعریف به دلیل اینکه الکترودهای انتخابی یون ، که برای اندازه گیری pH استفاده می شوند ، به فعالیت پاسخ می دهند. در حالت ایده آل ، پتانسیل الکترود ، E ، از معادله Nernst پیروی می کند ، که برای یون هیدروژن می تواند به صورت زیر نوشته شود

جایی که E یک پتانسیل اندازه گیری شده است ، E 0 پتانسیل الکترود استاندارد است ، R ثابت گاز است ، T دما در کلوین ، F مقدار ثابت فارادی است . برای H + تعداد الکترون های منتقل شده یکی است. نتیجه می گیرد که پتانسیل الکترود با pH متناسب با pH متناسب باشد. اندازه گیری دقیق pH در استاندارد بین المللی ISO 31-8 به شرح زیر ارائه شده است: یک سلول گالوانیک برای اندازه گیری نیروی الکتروموتور (emf) بین یک الکترود مرجع و یک الکترود حساس به فعالیت یون هیدروژن تنظیم شده است. غرق در همان محلول آبی. الکترود مرجع ممکن است یک الکترود کلرید نقره یا الکترود کالومل باشد. الکترود انتخابی هیدروژن یون یک الکترود استاندارد هیدروژن است .

برای اعمال این فرآیند در عمل ، از الکترود شیشه ای به جای الکترود هیدروژن دست و پا گیر استفاده می شود. الکترود شیشه ای ترکیبی دارای الکترود مرجع داخلی است. در برابر محلول های بافر فعالیت یون یون هیدروژن شناخته شده کالیبره شده است. IUPAC استفاده از مجموعه ای از محلول های بافر از فعالیت شناخته شده H + را پیشنهاد کرده است. دو یا چند راه حل بافر به منظور استفاده از این واقعیت استفاده می شود که “شیب” ممکن است کمی با ایده آل متفاوت باشد. برای پیاده سازی این روش برای کالیبراسیون ، ابتدا الکترود در یک محلول استاندارد غوطه ور می شود و خواندن روی pH سنج تنظیم می شود که برابر با مقدار استاندارد بافر باشد. خواندن از محلول بافر استاندارد دوم تنظیم شده و با استفاده از کنترل “شیب” ، برابر با pH آن محلول است. جزئیات بیشتر ، در توصیه های IUPAC آورده شده است   هنگامی که بیش از دو محلول بافر استفاده می شود ، الکترود با قرار دادن مقادیر pH مشاهده شده در یک خط مستقیم با توجه به مقادیر استاندارد بافر کالیبره می شود. محلول های بافر استاندارد تجاری معمولاً با اطلاعاتی در مورد مقدار 25 درجه سانتیگراد و یک عامل تصحیح برای سایر درجه حرارت ها به دست می آیند.

مقیاس pH لگاریتمی است و بنابراین pH مقداری بدون بعد است.

فرمول محاسبه پی اچ و یون هیدرونیوم