Kimyada pH mühitin turşuluğunu təyin etmək üçün istifadə olunan loqarifmik şkaladır. Bu, hidrogen ionlarının litrinə mol vahidləri ilə ölçülən molar konsentrasiyanın təxminən 10 loqarifminin mənfi əsasıdır. Onu ətraf mühitin turşuluğunun göstəricisi də adlandırmaq olar. Daha doğrusu, hidrogen ionunun aktivliyinin 10 loqarifminin mənfi əsasıdır. 25°C-də pH-ı 7-dən az olan məhlullar asidik, pH-ı 7-dən yuxarı olan məhlullar isə əsasdır. Neytral pH dəyəri temperaturdan asılıdır və temperatur yüksəldikcə 7-dən azdır. Təmiz su neytraldır, pH=7 (25°C), nə turşu, nə də qələvidir. Məşhur inancın əksinə olaraq, çox güclü turşular və əsaslar üçün pH dəyəri müvafiq olaraq 0-dan az və ya 14-dən çox ola bilər.
Tətbiq
pH-nin ölçülməsi aqronomluq, tibb, kimya, suyun təmizlənməsi və bir çox başqa sahələrdə vacibdir.
pH şkalası turşuluğu beynəlxalq təşkilatlar tərəfindən müəyyən edilmiş standart məhlullar dəsti üçün uyğundur.razılaşma. İlkin pH standartları bir hidrogen elektrodu ilə gümüş xlorid kimi standart elektrod arasındakı potensial fərqi ölçməklə transfer konsentrasiyası hüceyrəsindən istifadə etməklə müəyyən edilir. Sulu məhlulların pH-ı şüşə elektrod və pH metr və ya göstərici ilə ölçülə bilər.
Açılış
pH konsepsiyası ilk dəfə 1909-cu ildə Carlsberg laboratoriyasında Danimarka kimyaçısı Søren Peter Laurits Sørensen tərəfindən təqdim edilmiş və elektrokimyəvi hüceyrələr baxımından tərifləri və ölçmələri uyğunlaşdırmaq üçün 1924-cü ildə mövcud pH səviyyəsinə yenidən baxılmışdır. İlkin əsərlərdə qeyddə kiçik p hərfində H hərfi var idi, bu o deməkdir ki: pH.
Adın mənşəyi
P-nin dəqiq mənası mübahisəlidir, lakin Carlsberg Fonduna görə, pH "hidrogenin gücü" deməkdir. Həmçinin təklif edilmişdir ki, p almanca potenz ("güc") sözünü ifadə edir, digərləri fransızca puisance (həmçinin "güc" mənasını verir, Carlsberg laboratoriyasının fransız olması faktına əsaslanaraq) istinad edir. Başqa bir təklif budur ki, p Latın termini pondus hydroii (hidrogen miqdarı), potentio hydroii (hidrogen tutumu) və ya potensial hidroli (hidrogen potensialı) ifadə edir. Həmçinin təklif olunur ki, Sörensen p və q hərflərindən (adətən riyaziyyatda birləşən hərflər) sadəcə test həllini (p) və istinad həllini (q) işarələmək üçün istifadə edirdi. Hal-hazırda kimyada p onluq loqarifmi ifadə edir və həmçinin mühitin turşuluğunun dissosiasiya sabitləri üçün istifadə edilən pKa terminində istifadə olunur.
Amerika töhfələri
Əməyinin süd məhsulları və qida təhlükəsizliyinə təsiri ilə tanınan bakterioloq Alice Evans William Mansfield Clark və onun həmkarlarını 1910-cu illərdə pH-ın ölçülməsi üsullarının işlənib hazırlanmasına görə təqdir etdi, sonradan laboratoriya və sənayeyə geniş təsir göstərdi. istifadə edin. Xatirələrində o, əvvəlki illərdə Klarkın və həmkarlarının Sorensenin işi haqqında nə qədər və ya nə qədər az məlumatlı olduqlarını qeyd etmir. Artıq o dövrdə alimlər ətraf mühitin turşuluğu/qələviliyi məsələsini fəal şəkildə öyrənirdilər.
Turşunun təsiri
Dr. Klarkın diqqəti turşunun bakteriyaların böyüməsinə təsirinə yönəldilib. Və bunun sayəsində o, ətraf mühitin turşuluğunun hidrogen indeksi elminin ideyasını tamamladı. O, müəyyən etdi ki, onların böyüməsinə təsir edən hidrogen ionlarının konsentrasiyası baxımından turşunun intensivliyidir. Ancaq bir mühitin turşuluğunu ölçmək üçün mövcud üsullar turşunun intensivliyini deyil, miqdarını təyin etdi. Daha sonra, doktor Klark həmkarları ilə hidrogen ionlarının konsentrasiyasını ölçmək üçün dəqiq üsullar hazırladı. Bu üsullar dünyanın bioloji laboratoriyalarında turşu təyini üçün qeyri-dəqiq titrləmə üsulunu əvəz etmişdir. Onların geniş istifadə olunduğu bir çox sənaye və digər proseslərdə istifadə oluna biləcəyi də aşkar edilmişdir.
Praktiki aspekt
İlk elektron pH ölçmə metodu 1934-cü ildə Kaliforniya Texnologiya İnstitutunun professoru Arnold Orville Bekman tərəfindən icad edilmişdir. Məhz bu nöqtədə yerli sitrusçuSunkist yaxınlıqdakı bağlardan yığdıqları limonların pH-nı tez yoxlamaq üçün daha yaxşı bir üsul istədi. Mühitin turşuluğunun təsiri həmişə nəzərə alınmışdır.
Məsələn, hidrogen ionunun aktivliyi 5 × 10–6 olan məhlul üçün (bu səviyyədə bu, əslində, hidrogen ionlarının mol sayıdır. məhlulun litri üçün), biz 1 / (5 × 10-6)=2 × 105 alırıq. Beləliklə, belə bir məhlulun pH-ı 5,3-ə bərabərdir. bir mol su, bir mol hidrogen ionu və bir mol hidroksid ionu müvafiq olaraq 18 q, 1 q və 17 q, təmiz 107 mol (pH 7) suyun miqdarı təxminən 1 q dissosiasiya edilmiş hidrogen ionunu (və ya, daha dəqiq desək, 19 q H3O + hidronium ionları) və 17 q hidroksid ionları.
Temperaturun rolu
Qeyd edək ki, pH temperaturdan asılıdır. Məsələn, 0 °C-də təmiz suyun pH-ı 7.47, 25 °C-də 7, 100 °C-də isə 6.14-dür.
PH fəaliyyət baxımından müəyyən edildikdə elektrod potensialı pH ilə mütənasibdir. Dəqiq pH ölçülməsi ISO 31-8 beynəlxalq standartında təqdim olunur.
Qalvanik element hər ikisi eyni sulu məhlula batırıldıqda istinad elektrodu ilə hidrogen ionunun aktivliyini ölçən elektrod arasında elektromotor qüvvəni (EMF) ölçmək üçün konfiqurasiya edilmişdir. İstinad elektrodu gümüş xlorid obyekti və ya kalomel elektrodu ola bilər. Hidrogen ionu seçici elektrod bu tətbiqlər üçün standartdır.
Bu prosesi praktikada tətbiq etmək üçün həcmli hidrogen elektrod əvəzinə şüşə elektrod istifadə olunur. Odaxili istinad elektrodu var. O, həmçinin məlum hidrogen ionu aktivliyi olan bufer məhlullarına qarşı kalibrlənmişdir. IUPAC məlum H+ aktivliyi olan bir sıra bufer həllərdən istifadə etməyi təklif etdi. Yamacın idealdan bir qədər az ola biləcəyini nəzərə almaq üçün iki və ya daha çox tampon həlli istifadə olunur. Bu kalibrləmə yanaşmasını həyata keçirmək üçün elektrod əvvəlcə standart məhlula batırılır və pH metr göstəricisi standart buferin dəyərinə təyin edilir.
Növbəti nədir?
İkinci standart bufer məhlulunun oxunuşu daha sonra həmin məhlulun pH səviyyəsinə bərabər olmaq üçün yamac nəzarətindən istifadə etməklə düzəldilir. İkidən çox bufer məhlulu istifadə edildikdə, elektrod müşahidə edilən pH dəyərlərini standart tampon dəyərlərinə qarşı düz bir xəttə uyğunlaşdırmaqla kalibrlənir. Kommersiya standartı bufer həlləri adətən 25 °C-də dəyər və digər temperaturlar üçün tətbiq ediləcək korreksiya əmsalı haqqında məlumatla təmin edilir.
Tərif xarakteristikası
pH şkalası loqarifmikdir və buna görə də pH, hüceyrənin daxili mühitinin turşuluğunu ölçmək üçün başqa şeylər arasında tez-tez istifadə olunan ölçüsüz bir kəmiyyətdir. Bu, Sorensenin 1909-cu ildə dəyişdirilmiş orijinal tərifi idi.
Lakin elektrod hidrogen ionunun konsentrasiyası baxımından kalibrlənərsə, hidrogen ionunun konsentrasiyasını birbaşa ölçmək mümkündür. Bunun üçün geniş istifadə olunan üsullardan biri məlum konsentrasiyalı məhlulun titrlənməsidirdəstəkləyici elektrolitin nisbətən yüksək konsentrasiyasının mövcudluğunda güclü qələvinin məlum konsentrasiyasının məhlulu ilə güclü turşu. Turşu və qələvi konsentrasiyaları məlum olduğundan, potensialın ölçülmüş dəyərlə əlaqələndirilməsi üçün hidrogen ionunun konsentrasiyasını hesablamaq asandır.
Göstəricilər rənglərinin dəyişməsindən istifadə edərək pH-ı ölçmək üçün istifadə edilə bilər. Test məhlulunun rənginin standart rəng şkalası ilə vizual müqayisəsi pH-ı tam dəqiqliklə ölçməyə imkan verir. Rəng bir kolorimetr və ya spektrofotometrdən istifadə edərək spektrofotometrik olaraq ölçülsə, daha dəqiq ölçmələr mümkündür. Universal indikator təxminən pH 2-dən pH 10-a qədər daimi rəng dəyişikliyinin olması üçün indikatorların qarışığından ibarətdir. Universal indikator kağızı universal indikatorla hopdurulmuş uducu kağızdan hazırlanır. PH-ı ölçmək üçün başqa bir üsul elektron pH metrdən istifadə etməkdir.
Ölçü səviyyələri
pH-ın təxminən 2,5-dən aşağı (təxminən 0,003 mol turşu) və təxminən 10,5-dən (təxminən 0,0003 mol qələvi) yuxarıda ölçülməsi xüsusi prosedurlar tələb edir, çünki şüşə elektroddan istifadə edərkən belə dəyərlərdə Nernst qanunu pozulur. Buna müxtəlif amillər kömək edir. Maye keçid potensialının pH-dan asılı olmadığını güman etmək olmaz. Həmçinin, həddindən artıq pH, məhlulun konsentrasiyası deməkdir, buna görə də elektrod potensialları ion gücünün dəyişməsindən təsirlənir. Yüksək pH-da şüşə elektrod ola bilərelektrod məhlulda Na+ və K+ kimi kationların konsentrasiyasına həssaslaşdığından qələvi xətaya məruz qalır. Bu problemləri qismən dəf edən xüsusi hazırlanmış elektrodlar mövcuddur.
Mədənlərdən və ya mina tullantılarından axan su çox aşağı pH dəyərlərinə səbəb ola bilər.
Təmiz su neytraldır. Turşu deyil. Turşu suda həll edildikdə pH 7-dən (25°C) aşağı olacaq. Qələvi suda həll edildikdə, pH 7-dən çox olacaq. Xlorid turşusu kimi güclü turşunun 1 mol məhlulunun pH sıfıra bərabərdir. 1 mol konsentrasiyada natrium hidroksid kimi güclü bir qələvi məhlulu 14 pH-a malikdir. Beləliklə, ölçülmüş pH dəyərləri ümumiyyətlə mənfi pH dəyərləri və dəyərləri olsa da, 0 ilə 14 arasında olacaq. 14-dən yuxarı olduqca mümkündür.
Çox şey məhlul mühitinin turşuluğundan asılıdır. PH loqarifmik miqyas olduğundan, bir pH vahidi fərqi hidrogen ionunun konsentrasiyasındakı fərqin on qatına bərabərdir. Neytrallıq PH tam olaraq 7-yə (25 °C-də) çatmır, baxmayaraq ki, əksər hallarda bu yaxşı bir təxmindir. Neytrallıq [H+]=[OH-] olan şərt kimi müəyyən edilir. Suyun öz-özünə ionlaşması bu konsentrasiyaların məhsulunu [H+] × [OH-]=Kw saxladığından, neytrallıqda [H+]=[OH-]=√Kw və ya pH=pKw / 2 olduğunu görmək olar.
PKw təqribən 14-dür, lakin ion gücü və temperaturdan asılıdır, ona görə də mühitin pH dəyəri də vacibdir, bu da neytral olmalıdırsəviyyə. Saf su və təmiz suda NaCl məhlulu neytraldır, çünki suyun dissosiasiyası hər iki ionun eyni miqdarını əmələ gətirir. Bununla belə, neytral NaCl məhlulunun pH-ı neytral təmiz suyun pH-dan bir qədər fərqli olacaq, çünki hidrogen və hidroksid ionlarının aktivliyi ion gücündən asılıdır, ona görə də Kw ion gücü ilə dəyişir.
Bitkilər
PH göstəriciləri kimi istifadə oluna bilən asılı bitki piqmentləri, hibiskus, qırmızı kələm (antosiyanin) və qırmızı şərab da daxil olmaqla bir çox bitkidə olur. Sitrus suyu turşudur, çünki tərkibində limon turşusu var. Digər karboksilik turşular bir çox canlı sistemlərdə olur. Məsələn, laktik turşu əzələ fəaliyyəti ilə istehsal olunur. ATP kimi fosfat törəmələrinin protonasiya vəziyyəti pH mühitinin turşuluğundan asılıdır. Hemoqlobin oksigen ötürmə fermentinin işləməsi kök effekti kimi tanınan prosesdə pH-dan təsirlənir.
Dəniz suyu
Dəniz suyunda pH adətən 7,5 və 8,4 arasında məhdudlaşdırılır. O, okeanda karbon dövriyyəsində mühüm rol oynayır və karbon dioksid emissiyalarının səbəb olduğu okeanın davamlı turşulaşmasına dair sübutlar var. Bununla belə, pH-ın ölçülməsi dəniz suyunun kimyəvi xassələri ilə çətinləşir və kimyəvi okeanoqrafiyada bir neçə fərqli pH şkalası mövcuddur.
Xüsusi Həllər
Turşuluq (pH) şkalasının əməliyyat tərifinin bir hissəsi kimi, IUPAC pH diapazonunda (çox vaxt belə adlandırılır) bir sıra tampon məhlullarını müəyyən edir. NBS və ya NIST). Bu məhlullar dəniz suyu ilə (≈0,7) müqayisədə nisbətən aşağı ion gücünə (≈0,1) malikdir və nəticədə dəniz suyunun pH-nin xarakteristikasında istifadə üçün tövsiyə edilmir, çünki ion gücündəki fərqlər elektrod potensialının dəyişməsinə səbəb olur. Bu problemi həll etmək üçün süni dəniz suyuna əsaslanan alternativ tamponlar seriyası hazırlanmışdır.
Bu yeni seriya nümunələr və tamponlar arasında ion gücü fərqləri problemini həll edir və orta turşuluq üçün yeni pH şkalası ümumi miqyas adlanır və çox vaxt pH olaraq adlandırılır. Ümumi miqyas sulfat ionları olan bir mühitdən istifadə etməklə müəyyən edilmişdir. Bu ionlar H+ + SO2-4 ⇌ HSO-4 protonasiyasını yaşayır, buna görə də ümumi miqyas həm protonların (sərbəst hidrogen ionları) həm də hidrogen sulfid ionlarının təsirini əhatə edir:
[H+] T=[H+] F + [HSO-4].
Alternativ sərbəst şkala, tez-tez pHF kimi istinad edilir, bu nəzərə alınmır və yalnız [H+]F üzərində fokuslanır, bu da onu prinsipcə hidrogen ionunun konsentrasiyasının daha sadə təsvirinə çevirir. Yalnız [H+] T müəyyən edilə bilər, ona görə də [H+] F [SO2-4] və sabitlik sabiti HSO-4, KS: istifadə edərək qiymətləndirilməlidir.
[H +] F=[H+] T - [HSO-4]=[H+] T (1 + [SO2-4] / K S) -1.
Lakin dəniz suyunda KS-ni təxmin etmək çətindir, bu da daha sadə sərbəst şkalanın faydalılığını məhdudlaşdırır.
Dəniz suyu şkalası kimi tanınan və tez-tez pHSWS adlanan başqa bir miqyas hidrogen ionları və flüor ionları, H+ + F- ⇌ arasında sonrakı proton bağını nəzərə alır. HF. Nəticə [H+] SWS üçün aşağıdakı ifadədir:
[H+] SWS=[H+] F + [HSO-4] + [HF]
Lakin bu əlavə mürəkkəbliyi nəzərə almağın faydası mühitin tərkibindəki flüordan asılıdır. Məsələn, dəniz suyunda sulfat ionları flüorun konsentrasiyalarından qat-qat yüksək konsentrasiyalarda (> 400 dəfə) olur. Nəticədə, əksər praktik məqsədlər üçün ümumi şkala ilə dəniz suyu miqyası arasındakı fərq çox kiçikdir.
Aşağıdakı üç tənlik üç pH şkalasını ümumiləşdirir:
pHF=- log [H+] FpHT=- log ([H+] F + [HSO-4])=- log [H+] TpHSWS=- log ([H+] F + [HSO-4] + [HF])=- log [H+]
Praktik nöqteyi-nəzərdən, turşu mühitin (və ya dəniz suyunun) üç pH şkalası 0,12 pH vahidinə qədər dəyərlərində fərqlənir və fərqlər adətən dəqiqliyi üçün tələb olunandan xeyli böyükdür. pH ölçmələri, xüsusilə okeanın karbonat sistemi ilə əlaqədar.
