PH
पीएच या pH, किसी विलयन की अम्लता या क्षारकता का एक माप है। इसे द्रवीभूत हाइड्रोजन आयनों (H) की गतिविधि के सह-लघुगणक (कॉलॉगरिदम) के रूप में परिभाषित किया जाता है। हाइड्रोजन आयन के गतिविधि गुणांक को प्रयोगात्मक रूप से नहीं मापा जा सकता है, इसलिए वे सैद्धांतिक गणना पर आधारित होते हैं। pH स्केल, कोई सुनिश्चित स्केल नहीं है; इसका संबंध मानक विलयन के एक सेट (समुच्चय) के साथ होता है जिसके pH का आकलन अंतर्राष्ट्रीय संविदा के द्वारा किया जाता है।
pH की अवधारणा को सबसे पहले 1909 में कार्ल्सबर्ग लैबॉरेट्री  के डेनिश रसायनशास्त्री, सॉरेन पेडर लॉरिट्ज़ सॉरेनसेन ने प्रस्तुत किया था। यह अभी भी अज्ञात है कि p की सटीक परिभाषा क्या है। कुछ संदर्भों से पता चलता है कि p, "पावर" (“Power”) का प्रतीक है और अन्य इसे जर्मन शब्द "पोटेंज़" (“Potenz”) (जर्मन में जिसका अर्थ, पावर या शक्ति होता है) के रूप में संदर्भित करते हैं और अभी भी अन्य इसे "पोटेंशियल" (“potential” या विभव) के रूप में संदर्भित करते हैं। जेंस नॉर्बी ने 2000 में एक पत्र प्रकाशित किया जिसमें उसने तर्क दिया कि p, एक स्थिरांक है और "ऋणात्मक लघुगणक" का प्रतीक है; जिसका प्रयोग अन्य कार्यों में भी किया जाता है।H, हाइड्रोजन का प्रतीक है। सॉरेनसेन ने सुविधा के लिए "PH" संकेत का सुझाव दिया जो "पावर ऑफ हाइड्रोजन" का प्रतीक है जिसमें सॉल्यूशन, p[H] में हाइड्रोजन आयन की सांद्रता के सह-लघुगणक का प्रयोग किया गया है। यद्यपि इस परिभाषा का अधिक्रमण कर दिया गया है। यदि एक इलेक्ट्रोड को ज्ञात हाइड्रोजन आयन की सांद्रता के सॉल्यूशन के साथ अंशाकित किया जाता है तो p[H] को मापा जा सकता है।
शुद्ध जल को तटस्थ (न्यूट्रल) माना जाता है। पर शुद्ध जल का pH, 7.0 के आस-पास होता है। 7 से कम pH वाले सॉलूशन को अम्लीय कहा जाता है और 7 से अधिक pH वाले सॉल्यूशन को क्षारकीय या क्षारीय कहा जाता है। चिकित्सा शास्त्र, जीव विज्ञान, रसायन शास्त्र, खाद्य विज्ञान, पर्यावरण विज्ञान, समुद्र विज्ञान और कई अन्य अनुप्रयोगों में pH के मापन का बहुत महत्व है।
pH को एक जलीय सॉल्यूशन में हाइड्रोजन आयन की गतिविधि के दशमलव लघुगणक के घटाव के रूप में परिभाषित किया जाता है। इसकी लघुगणकीय प्रकृति की विशेषता के कारण, pH, एक आयामरहित क्वांटिटी है।
जहां "a" , हाइड्रोजन आयनों की (आयामरहित) गतिविधि है। इस परिभाषा का कारण यह है कि "a" , किसी एकल आयन का एक गुण है जिसे केवल एक आयन-चयनात्मक इलेक्ट्रोड की सहायता से प्रयोगात्मक रूप से मापा जा सकता है जो नेर्न्स्ट समीकरण के अनुसार हाइड्रोजन आयन की गतिविधि के साथ प्रतिक्रिया करता है। pH को साधारणतः एक संयुक्त ग्लास इलेक्ट्रोड की सहायता से मापा जाता है जो हाइड्रोजन के आयन की गतिविधि के प्रति संवेदनशील एक इलेक्ट्रोड और एक कैलोमेल इलेक्ट्रोड या एक सिल्वर क्लोराइड इलेक्ट्रोड जैसे किसी रिफरेंस इलेक्ट्रोड के बीच के पोटेंशियल अंतर या इलेक्ट्रोमोटिव बल, "E", को मापता है। संयुक्त ग्लास इलेक्ट्रोड आदर्शतः नेर्न्स्ट समीकरण का अनुसरण करता है:
जहां "E", एक मापा गया पोटेंशियल है और "E" , मानक इलेक्ट्रोड पोटेंशियल अर्थात मानक अवस्था का इलेक्ट्रोड पोटेंशियल है जिसमें गतिविधि भी एक है। "R", गैस स्थिरांक है; "T", केल्विन तापमान है; "F", फैराडे स्थिरांक है और "n", हस्तांतरित इलेक्ट्रॉन्स की संख्या का एक उदाहरण है। इलेक्ट्रोड पोटेंशियल, "E", हाइड्रोजन आयन की गतिविधि के लघुगणक का समानुपाती होता है।
यह परिभाषा अपने आप में पूरी तरह से अव्यावहारिक है क्योंकि हाइड्रोजन आयन की गतिविधि, सांद्रता और गतिविधि गुणांक का गुणनफल होता है। हाइड्रोजन आयन के एकल-आयन की गतिविधि का गुणांक, एक ऐसी क्वांटिटी है जिसे प्रयोगात्मक रूप से नहीं मापा जा सकता है। इस कठिनाई से छुटकारा पाने के लिए, इलेक्ट्रोड को ज्ञात गतिविधि के सॉल्यूशन के संबंध में अंशाकित कर दिया जाता है।
pH की संक्रियात्मक परिभाषा को आधिकारिक रूप में इंटरनैशनल स्टैंडर्ड (अंतर्राष्ट्रीय मानक) ISO 31-8 ने निम्न रूप में परिभाषित किया है: सॉल्यूशन X के लिए, गैल्वानिक सेल के इलेक्ट्रोमोटिव बल, "E" को मापा जाता है
और तब एक गैल्वानिक सेल के इलेक्ट्रोमोटिव बल, "E" को भी मापा जाता है जो ज्ञात मानक pH के सॉल्यूशन S के द्वारा अज्ञात pH के सॉल्यूशन X, pH(X) की प्रतिस्थापना द्वारा उपर्युक्त से भिन्न होता है। तब X, का pH होता है
सॉल्यूशन X के pH और मानक सॉल्यूशन के pH के बीच का अंतर केवल दो मापे गए पोटेंशियल के बीच के अंतर पर निर्भर करता है। इस प्रकार, pH को एक पोटेंशियल से प्राप्त किया जाता है जिसे एक इलेक्ट्रोड के साथ मापा जाता है जो एक या एक से अधिक pH मानकों के विपरीत अंशाकित होता है; एक pH मीटर सेटिंग को इस प्रकार से समायोजित किया जाता है कि मानक के सॉल्यूशन की मीटर का पठन, pH(S) मान के बराबर होता है। मानक सॉल्यूशन S के एक रेंज के pH(S) मानों को, आगे की विस्तृत जानकारी के साथ, IUPAC की अनुशंसा में दर्शाया गया है। मानक सॉल्यूशन को प्रायः मानक बफर (अंतर्रोधी) सॉल्यूशन के रूप में वर्णित किया जाता है। व्यवहार में, वास्तविक इलेक्ट्रोड में नेर्न्स्ट के नियम की आदर्शता से छोटे-छोटे विचलन के लिए अनुमति देने के लिए दो या दो से अधिक मानक बफर का प्रयोग करना बेहतर होता है।  ध्यान दें कि चूंकि तापमान, परिभाषित करने वाले समीकरणों में पाया जाता है, इसलिए सॉल्यूशन का pH, तापमान-आधारित होता है।
बहुत कम pH मानों, जैसे कुछ बहुत अम्लीय खदान के जलों के मापन के लिए विशेष प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। ऐसे मामलों में इलेक्ट्रोड का अंशांकन, सांद्रित सल्फ्यूरिक एसिड मानक सॉल्यूशन के साथ किया जा सकता है जिसके pH मानों की गणना, गतिविधि गुणांकों की गणना करने के लिए पिट्ज़र मापदंडों का प्रयोग करके की जा सकती है।
pH, एक अम्लता के फंक्शन (फलन या प्रकार्य) का उदाहरण है। हाइड्रोजन आयन की सांद्रता को अजलीय सॉल्वेंट्स में मापा जा सकता है लेकिन इसके फलस्वरूप एक भिन्न अम्लता के फंक्शन की प्राप्ति होती है क्योंकि अजलीय सॉल्वेंट की मानक स्थिति, जल के मानक स्थिति से भिन्न होती है।सुपरएसिड्स, अजलीय अम्लों का एक वर्ग है जिसके लिए हैमेट अम्लता के फंक्शन, "H" को विकसित किया गया है।
यह सॉरेनसेन की मूल परिभाषा थी जिसे pH के पक्ष में अधिक्रमित किया गया। हालांकि, हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता को प्रत्यक्ष रूप से मापना संभव है, यदि हाइड्रोजन के आयन की सांद्रता के संदर्भ में इलेक्ट्रोड को अंशाकित किया जाता है। इसे करने का एक तरीका, जो बड़े स्केल पर प्रयुक्त होता रहा है, यह है कि बैकग्राउंड इलेक्ट्रोलाइट के एक अपेक्षाकृत उच्च सांद्रता की उपस्थिति में स्ट्रोंग (तेज़ या प्रभावशाली) क्षार के ज्ञात सांद्रता के सॉल्यूशन के साथ एक स्ट्रोंग एसिड के ज्ञात सांद्रता के सॉल्यूशन का अनुमापन करना है। चूंकि एसिड और क्षार की सांद्रता ज्ञात होती है इसलिए हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता की गणना करना आसान होता है ताकि मापे गए पोटेंशियल को सांद्रता के साथ सह-संबद्ध किया जा सके. अंशाकन का कार्य प्रायः ग्रान प्लॉट का प्रयोग करके किया जाता है। अंशांकन, एक स्लोप फैक्टर, "f" और मानक इलेक्ट्रोड पोटेंशियल, "E" के लिए एक मान उत्पन्न करता है ताकि नेर्न्स्ट समीकरण को फॉर्म
में "E" के प्रायोगिक मापन से हाइड्रोजन आयन सांद्रता को प्राप्त करने के लिए प्रयुक्त हो सकता है। स्लोप फैक्टर सामान्यतः एक से थोड़ा कम होता है। 0.95 से कम का एक स्लोप फैक्टर यह दर्शाता है कि इलेक्ट्रोड सही ढंग से काम नहीं कर रहा है। बैकग्राउंड इलेक्ट्रोलाइट की उपस्थिति यह सुनिश्चित करता है कि अनुमापन के दौरान हाइड्रोजन आयन गतिविधि गुणांक प्रभावी ढंग से स्थिर होता है। चूंकि यह स्थिर होता है इसलिए इसके मान को मानक स्थिति को परिभाषित करके एक में स्थापित किया जा सकता है जो बैकग्राउंड इलेक्ट्रोलाइट युक्त सॉल्यूशन होता है। इस प्रकार, इस प्रक्रिया के प्रयोग के परिणामस्वरूप गतिविधि को सांद्रता के संख्यात्मक मान के बराबर किया जाता है।
p[H] और pH के बीच का अंतर बहुत कम होता है। यह कहा गया है कि pH = p[H] + 0.04. दुर्भाग्यवश, दोनों प्रकार के मापन के लिए "pH" संज्ञा का प्रयोग करना बहुत आम बात है।
pOH को कभी-कभी क्षारियता या हाइड्रॉक्साइड आयनों, OH की सांद्रता के एक माप के रूप में प्रयुक्त होता है। pOH को स्वतंत्र रूप से नहीं मापा जा सकता है बल्कि इसे pH से प्राप्त किया जाता है। जल में हाइड्रॉक्साइड आयनों की सांद्रता,
द्वारा हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता से संबंधित होता है जहां K, जल के स्व-आयनीकरण का स्थिरांक है। निम्न सह-लघुगणक को लिया जाता है
तो, कमरे के तापमान पर pOH ≈ 14 − pH. हालांकि मिट्टी की क्षारियता के मापन जैसी अन्य परिस्थितियों में यह संबंध पूरी तरह से मान्य नहीं है।
शुद्ध जल लगभग 7 pH होता है; सटीक मान, तापमान पर निर्भर करता है। जब एक एसिड का विलयन जल में किया जाता है तो pH, 7 से कम होगा और जब एक क्षारक या क्षार का विलयन जल में किया जाता है तो pH, 7 से अधिक होगा. 1 mol dm सांद्रता पर हाइड्रोक्लोरिक एसिड जैसे किसी स्ट्रोंग अम्ल के सॉल्यूशन का pH, 0 होता है। 1 mol dm सांद्रता पर सोडियम हाइड्रॉक्साइड जैसे किसी स्ट्रोंग क्षार के सॉल्यूशन का pH, 14 होता है। इस प्रकार, मापे गए pH के मान अधिकतर 0 से 14 के अंतर्गत ही होगा. चूंकि pH, एक लघुगणकीय (लॉगरिदमिक) स्केल है इसलिए एक pH इकाई का अंतर, हाइड्रोजन आयन सांद्रता में दस गुना अंतर के बराबर होता है।
चूंकि ग्लास इलेक्ट्रोड (और अन्य आयन चयनित इलेक्ट्रोड), गतिविधि की प्रतिक्रिया करता है इसलिए इलेक्ट्रोड को किसी ऐसे माध्यम में अंशाकित किया जाना चाहिए जो किसी जांच किए जा रहे माध्यम के समान होता है। उदाहरण के लिए, यदि कोई समुद्री जल के एक नमूने के pH को मापना चाहता है तो इलेक्ट्रोड को एक ऐसे सॉल्यूशन में अंशाकित किया जाना चाहिए जिसकी रासायनिक संरचना समुद्री जल के सदृश हो, जिसका विस्तृत वर्णन नीचे दिया गया है।
एक pH इंडिकेटर का प्रयोग करके pH के एक लगभग माप को प्राप्त किया जा सकता है। एक pH इंडिकेटर एक ऐसा सब्स्टैंस है जो एक विशेष pH मान के आस-पास के रंग को बदल देता है। यह एक वीक एसिड या वीक बेस है और रंग परिवर्तन या तो 1 pH इकाई के आस-पास अम्ल पृथक्करण स्थिरांक में या p"K" मान में, दोनों में से किसी एक तरफ होता है। उदाहरण के लिए, स्वाभाविक रूप से परिवर्तित होने वाला लिटमस, एसिडिक सॉल्यूशन (अम्लीय घोल) (pH<7) में लाल और अल्कलाइन (pH>7) सॉल्यूशन (क्षारीय घोल) में नीला हो जाता है। यूनिवर्सल इंडिकेटर में इंडिकेटरों का एक मिश्रण इस प्रकार से होता है कि लगभग pH 2 से pH 10 तक एक सतत रंग परिवर्तन होता रहता है। यूनिवर्सल इंडिकेटर पत्र, सामान्य पत्र है जिसमें यूनिवर्सल इंडिकेटर शामिल होता है।
जिस सॉल्यूशन का pH, 7 होता है उसे न्यूट्रल (तटस्थ) कहा जाता है अर्थात यह न तो एसिडिक (अम्लीय) है और न ही बेसिक (क्षारकीय). जल, एक स्व-आयनीकरण प्रक्रिया के अधीन है।
पृथक्करण स्थिरांक, "K" का मान लगभग 10 होता है इसलिए नमक (साल्ट) के न्यूट्रल सॉल्यूशन में हाइड्रोजन आयन सांद्रता और हाइड्रॉक्साइड आयन सांद्रता दोनों लगभग 10 mol dm होते हैं। तापमान में वृद्धि होने पर शुद्ध जल का pH घटने लगता है। उदाहरण के लिए, 50 °C पर शुद्ध जल का pH, 6.55 होता है। ध्यान दें, हालांकि, हवा के संपर्क में आने वाला जल थोड़ा-थोड़ा एसिडिक (अम्लीय) होता है। इसका कारण यह है कि जल, हवा से कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित कर लेता है जो बाद में धीरे-धीरे कार्बोनिक एसिड में बदल जाता है जो हाइड्रोजन आयन को मुक्त करके पृथक कर देता है:
एक स्ट्रोंग एसिड के मामले में, संपूर्ण पृथक्करण होता है इसलिए pH साधारणतः एसिड सांद्रता के लघुगणक के घटाव के बराबर होता है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोक्लोरिक एसिड के एक 0.01 मोलर सॉल्यूशन का pH, −log(0.01) होता है अर्थात pH = 2.
एक वीक एसिड के सॉल्यूशन के pH की गणना, ICE टेबल (सारणी) के माध्यम से की जा सकती है। लगभग 2 से अधिक p"K" मान वाले एसिड के लिए,
जहां c, एसिड की सांद्रता है। यह बरोज़ के वीक एसिड pH समीकरण के बराबर है
एक अधिक सामान्य विधि इस प्रकार है। एक वीक एसिड, HA का जल में विलयन करने के मामले पर विचार करें. सबसे पहले संतुलन अभिव्यक्ति को लिख लें.
इस प्रतिक्रिया के लिए संतुलन स्थिरांक को
के द्वारा निर्दिष्ट किया गया है जहां [], एक सांद्रता को दर्शाता है। दो अभिकर्मकों, [A] के लिए C और [H] के लिए C की विश्लेषणात्मक सांद्रता, अभिकर्मक वाले वर्गों की सांद्रता के योग के बराबर होनी चाहिए. C, मिलाए गए मिनरल एसिड (खनिज अम्ल) की सांद्रता है।
पहले समीकरण से
दूसरे समीकरण में इस अभिव्यक्ति के प्रतिस्थापन से प्राप्त होता है
यह हाइड्रोजन आयन सांद्रता में एक एक द्विघात समीकरण को स्पष्ट करता है
इस समीकरण के सॉल्यूशन (समाधान) से [H] और इससे pH भी प्राप्त होता है।
इस विधि का प्रयोग पॉलिप्रोटिक एसिड के लिए भी किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, डाइप्रोटिक एसिड ऑक्सालिक एसिड के लिए, ऑक्सालेट आयन के लिए A लिखा जाता है,
जहां β और β, क्युमुलेटिव प्रोटोनेशन स्थिरांक हैं। पहले समीकरण से दूसरे समीकरण में प्रतिस्थापित करने की इसी प्रक्रिया के बाद, [H] में एक घन समीकरण प्राप्त होता है। सामान्यतः, समीकरण की डिग्री, आयनितयोग्य प्रोटॉनों की संख्या से एक अधिक होता है। इन समीकरणों के सॉल्यूशन को एक स्प्रेडशीट, जैसे एक्सेल (EXCEL) या ऑरिजिन (Origin) की सहायता से अपेक्षाकृत आसानी से प्राप्त किया जा सकता है।
pH-आधारित वनस्पति वर्णक जिनका प्रयोग pH इंडिकेटर के रूप में किया जा सकता है, वे हिबिस्कस, मैरीगोल्ड (गेंदा), रेड कैबेज (एंथोसायानिन) सहित कई वनस्पतियों और रेड वाइन में पाए जाते हैं।
समुद्री जल का pH, बहुत महत्त्वपूर्ण होता है और उसमें समुद्र के अम्लीकरण के लिए सबूत भी होता है। निर्धारण की पद्धति के आधार पर विशिष्ट pH पैमानों का अस्तित्व होता है।विभिन्न सेलुलर कम्पार्टमेंट्स, शरीर के द्रव और अंगों के pH को आमतौर पर एसिड-बेस होमियोस्टेसिस नामक एक प्रक्रिया में कसकर नियमित किया जाता है।
रक्त का pH आमतौर पर थोड़ा-थोड़ा क्षारकीय होता है जिसके pH का मान 7.4 होता है। जीव विज्ञान और चिकित्सा विज्ञान में इस मान को प्रायः फिज़िओलॉजिकल pH के रूप में संदर्भित किया जाता है।
प्लेक (फलक), एक स्थानीय अम्लीय वातावरण तैयार कर सकता है जिसका परिणाम, डिमिनरलाइज़ेशन द्वारा दंत क्षय के रूप में हो सकता है।
एंजाइम और अन्य प्रोटीन में pH की एक इष्टतम सीमा होती है और इस सीमा के बाहर वे निष्क्रिय या विकृत हो सकते हैं।
एसिड-बेस होमियोस्टेसिस में सबसे आम विकार, एसिडोसिस है, जिसका अर्थ शरीर में अम्ल के अधिभार से है जिसे आम तौर पर pH के 7.35 से नीचे गिरने के रूप में परिभाषित किया जाता है।
शरीर में, निम्नलिखित समीकरण द्वारा ज्ञात बेस एक्सेस (be) और बाइकार्बोनेट की सांद्रता (HCO) से pH का अनुमान लगाया जा सकता है:
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