PH

PH
pH, წყალბადის მაჩვენებელი — წყალხსნარების მჟავიანობის რაოდენობითი მახასიათებელი. ტოლია — lg\alpha_{H^+}, სადაც \alpha_{H^+} წყალხსნარებში H+ იონების თერმოდინამიკური აქტიურობაა (მოლ/ლ). წყალი დისოცირდება H+ და OH- იონებად. ამ პროცესის წონასწორობის მუდმივა
K=\frac{\alpha_{H+}\times\alpha_{OH-}}{\alpha_{H2O}}=1,8\times10^{-16} (22°C),
სადაც \alpha_{H2O}, \alpha_{OH-} და \alpha_{H+} წყლის, OH- და H+-ის შესაბამისი აქტიურობებია (მოლ/ლ). {\alpha_{H+}\times\alpha_{OH-}} ავღნიშნოთ Kწ (წყლის იონური ნამრავლი), მივიღებთ: Kწ={\alpha_{H2O}}=10^{-14} (22°C), ვინაიდან 1ლ წყალი შეიცავს 1000/18.016=55.56 მოლწყალს, სუფთა წყალში, ისევე როგორც ნებისმიერ ნეიტრალურ ხსნარებში \alpha_{H+}=\alpha_{OH-}=\sqrt{K_\text{წ}}=10^{-7} და, მაშასადამე, pH=7. თუ ხსნარს მჟავას დავუმატებთ, pH<7, თუ ტუტეს — pH>7.
მჟავა ხსნარებს დაბალი pH აქვთ, ხოლო ძირეულ ფუძე ხსნარებს მაღალი pH. ოთახის ტემპერატურაზე (25 °C) სუფთა წყალს 7 pH აქვს და არც მჟავა და არც ფუძე ბუნებას ავლენს.
pH სკალა ლოგარითმული სკალაა და ხსნარში წყალბადის იონების მოლური კონცენტრაციის ათ ლოგარითმს მოიცავს. უფრო ზუსტად pH არის წყალბადის იონის თერმოდინამიკური აქტიურობის ათლოგარითმიანი ნეგატივი.25 °C ტემპერატურაზე ხსნარებს, რომელთა მაჩვენებელიც pH სკალაზე 7-ზე ნაკლებია მჟავა ბუნება აქვთ, ხოლო ხსნარებს, რომელთა მაჩვენებელიც 7-ზე მეტია, ფუძე ბუნება აქვთ. pH სკალის ნეიტრალური მაჩვენებელი ტემპერატურაზე დამოკიდებული და ტემპერატურის მატებასთან ერთად 7-ზე დაბლა იწევს. pH სკალის მაჩვენებელი შესაძლოა 0-ზე დაბალიც იყოს ძალიან ძლიერი მჟავებისთვის ან 14-ზე მაღალი — ძალიან ძლიერი ფუძეებისთვის.
ისტორია
pH სკალის კონცეფცია პირველად დანიელმა ქიმიკოსმა, სიორენ პედერ ლაურიც სიორენსენმა შემოიღო კარლსბერგის ლაბორატორიაში 1909 წელს. შემდეგში 1924 წელს გადახედეს ელექტროქმიური უჯრედებისთვის განსაზღვრებებისა და მახასიათებლების შესამუშავებლად.
„pH“-ში „p“-ს ზუსტი მნიშვნელობა საკამათოა, მაგრამ კარლსბერგის ფონდის განმარტებით, „pH“ „წყალბადის ძალას“ აღნიშნავს. ზოგიერთი ვერსიით „p“ გერმანულ Potenz-ს აღნიშნავს, რაცასევე ძალას ნიშნავს. სხვა ვერსიით, „p“ ფრანგულ puissance-ს აღნიშნავს, რადგანაც კარლსბერგის ლაბორატორიის სამუშაო ენა ფრანგული იყო. კიდევ ერთი ვერსიით, „p“ ლათინურ ტერმინს pondus hydrogenii (წყალბადის რაოდენობა),
potentia hydrogenii (წყალბადის მოცულობა) ან პოტენციურ წყალბადს შეესაბამება. დღეისთვის „p“ ათობით კოლოგარითმში გამოიყენება და pKa-ც გამოიყენება მჟავის დისოციაციის მუდმივას აღსანიშნავად.
გამოყენება
სუფთა წყალი ნეიტრალურია. როდესაც მჟავა წყალში იხსნება, pH 7-ზე ნაკლებიი ხდება (25 °C-ზე). როდესაც ფუძე ან ალკალი იხსნება წყალში, pH 7-ზე მაღალია. ძლიერი მჟავის ხსნარს, როგორიცაა ქლორწყალბადმჟავა, 1 მოლ–³ კონცენტრაციაში pH ნული აქვს. ძლიერი ალკალის ხსნარს, როგორიცაა ნატრიუმის ჰიდროქსიდი, 1 მოლ–³ კონცენტრაციაში pH 14 აქვს. ასე რომ pH მაჩვენებელი ძირითადად 0-დან 14-ს შორის მერყეობს, თუმცა უარყოფითი ან 14-ზე მაღალი მაჩვენებელიც სავსებით შესაძლებელია. pH ლოგარითმული სკალაა dდა ერთი pH ერთეულით განსხვავება წყალბადის იონის კონცენტრაციაში ათმაგი სხვაობის ეკვივალენტურია.
pH ნეიტრალობა ზუსტად 7 (25 °C-ზე) არ არის, რადგანაც ზოგიერთ შემთხვევაში ნეიტრალობა ახლო მაჩვენებელია. ნეიტრალობა აღნიშნავს მდგომარეობას, როცა [H+] = [OH−] (როცა აქტივობა თანაბარია). როცა თვითიონიზებადი წყალი [H+]×[OH−] = Kw კონცენტრაციის პროდუქტს წარმოქმინს, ნეიტრალობა შეიძლება შემდეგნაირად განისაზღვროს: [H+] = [OH−] = √Kw, or pH = pKw/2. pK დაახლოებით 14-ია, მაგრამ დამოკიდებულია იონურ ძალასა და ტემპერატურაზე. სუფთა წყალი და სუფთა წყალში ნატრიუმქლორიდის ხსნარი ნეიტრალებია, როდესაც წყლის დისოციაცია იონების თანაბარ რაოდენობას წარმოქმნის.
სუფთა წყალში ჰაერი რბილ მჟავიანობას ავლენს. ეს იმიტომ ხდება, რომ წყალი ჰაერიდან ნახსირორჟანგს შთანთქავს, რომელიც ნელა ბიკარბონატად და წყალბადის იონებად გარდაიქმნება.
CO2 + H2O <=> HCO3^- + H+
ბიბლიოგრაფია
რესურსები ინტერნეტში
The pH Scale
Chem1 Virtual Textbook, Acid-base Equilibria and Calculations
Red Cabbage pH Indicator
Food and Foodstuff – pH Values
Online pH Calculator for about 100 inorganic Acids, Bases, and Salts
სქოლიო
საზომი ერთეულები
წყლის ხარისხიანობის ინდიკატორები
ზოგადი ქიმია