Ջրածնային ցուցիչ

Ջրածնային ցուցիչ, pH (, «ջրածնի քաշ», արտասանվում է «պէ հաշ»), լուծույթում ջրածնի իոնների ակտիվության նկարագրական մեծություն, որը բնութագրում է լուծույթի թթվայնությունը։ Ջրածնային ցուցիչը հավասար է ջրածնի իոնների ակտիվության (մոլ/լ) տասնորդական լոգարիթմի հակադիրին։

Պատմություն 
Այս հասկացությունը առաջին անգամ կիրառել է դանիացի քիմիկոս Սերյոնսը 1909 թվականին։ Ցուցիչը կոչվել է pH, որպես լատինական այբուբենում երկու բառերի առաջին տառեր՝ potentia hydrogeni — ջրածնի ուժ կամ pondus hydrogeni — ջրածնի քաշ։ Ընդհանուր առմամբ քիմիայում pX համադրությունը ընդունված է համարել −lg X մեծությունը, որտեղ H-ը մեր օրինակում ներկայացնում է ջրածնի իոնների ակտիվությունը, որը գրվում է հետևյալ տեսքով (H+) կամ հիդրոքսոնիում իոնների թերմոդինամիկական ակտիվությունը։

pH և pOH-ը իրար կապող բանաձև

pH 
25 °C ջերմաստիճանում մաքուր ջրում ջրածնի իոնների կոնցենտրացիան ([H+]) և հիդրօքսիդ իոնների կոնցենտրացիան ([OH−]) նույնն են և կազմում են 10−7 մոլ/լ, սա գալիս է նաև ջրի իոնական արտադրյալից՝ [H+] • [OH−] և կազմում է 10−14 մոլ²/լ² (25 °C)։

Երբ երկու տեսակի իոնների կոնցենտրացիան լուծույթում հավասարվում է, ապա լուծույթը համարում են չեզոք։ Երբ այդպիսի լուծույթին ավելացնում են թթու, ջրածնի իոնների կոնցենտրացիան լուծույթում մեծանում է, իսկ հիդրօքսիդ իոնների կոնցենտրացիան նվազում է։ Հիմքերի ավելացման դեպքում ջրածնի իոնների կոնցենտրացիան լուծույթում փոքրանում է, իսկ հիդրօքսիդ իոնների կոնցենտրացիան աճում է։

Երբ [H+] > [OH−], ասում են, որ միջավայրը թթվային է, իսկ
[OH−] > [H+] դեպքում այն համարվում է հիմնային։

Բացասական ցուցչից ազատվելու համար կոնցենտրացիաների փոխարեն օգտակար է օգտագործել նրա տասնորդական լոգարիթմը վերցված հակառակ նշանով, որն էլ հենց համարվում է ջրածնային ցուցիչը (pH)։

pOH 
Ավելի քիչ կիրառություն ունի pH-ի հակառակ մեծությունը՝ միջավայրի հիմնայնության ցուցիչը (pOH), որն հավասար է OH− իոնների կոնցենտրացիայի տասնորդական լոգարիթմին հակառակ նշանով։

 
Կամայական ջրային լուծույթում 25 °C ջերմաստիճանում , պարզ է, որ այս ջերմաստիճանում

Տարբեր միջավայրերի pH-ի արժեքներ
 pH-ի արժեքը կարող է տատանվել ոչ միայն 0 – 14 միջակայքում, այլ նաև կարող է դուրս գալ այդ միջակայքից։ Օրինակ՝ երբ ջրածնի իոնների կոնցենտրացիան լուծույթում [H+] = 10−15 մոլ /լ, pH = 15, իսկ հիդրոքսիդ իոնների 10 մոլ/լ կոնցենտրացիայի դեպքում pOH = −1։

Քանի որ 25 °C ջերմաստիճանում (ստանդարտ պայմաններ) [H+] • [OH−] = 10−14, ապա պարզ է, որ այս ջերմաստիճանում pH + pOH = 14.

Քանի որ թթվային միջավայրերում [H+] > 10−7, ապա այդպիսի միջավայրում pH < 7, նույն կերպով հիմնային լուծույթների համար pH > 7, չեզոք լուծույթների համար pH = 7։ Ավելի բարձր ջերմաստիճաններում ջրի էլեկտրոլիտիկ դիսոցման հաստատունը մեծանում է, հետևաբար չեզոք միջավայր կսահմանվի այն դեպքում արդեն, երբ pH < 7։

pH-ի որոշման մեթոդներ 

Լուծույթների pH-ի արժեքը գնահատելու համար օգտագործում են տարբեր մեթոդներ։ Ջրածնային ցուցիչը կարելի է գնահատել ինդիկատորների միջոցով, սակայն այդպիսի որոշումները պահանջում են խիստ որոշակիություն։ Կարելի է նաև չափել ջրածնային ցուցիչը pH-մետրով կամ որոշել այն անալիտիկ մեթոդներով (թթվա-հիմնային տիտրում)։

1. Ոչ այնքան ճիշտ արժեք ստանալու համար օգտագործվում են թթվա-հիմնային ինդիկատորները՝ օրգանական միացություններ, որոնց գույնը կախված է միջավայրի թթվայնությունից։ Ամենահայտնի ինդիկատորներից են լակմուսը, ֆենոլֆտալեինը, մեթիլ նարնջագույնը (մեթիլօրանժ)։ Ինդիկատորները ընդունակ են գոյություն ունենալ մի քանի գունավորված ձևերով և հենց այդ հատկության հիման վրա է աշխատում ինդիկատորը։

2. pH-ի ավելի ճշգրիտ արժեքներ ստանալու համար օգտագործում են ունիվերսալ ինդիկատոր, որն իրենից ներկայացնում է տարբեր ինդիկատորների խառնուրդ։ Ունիվերսալ ինդիկատորը փոխում է իր գույնը կարմիրից դեղին, կանաչ, ապա կապույտ, մինչև մանուշակագույն։
 

3. Հատուկ սարքի օգտագործում
(pH-մետր) թույլ է տալիս որոշակի ձևով հաշվել միջավայրի թթվայնությունը (մինչև 0,01 pH-ի ճշտությամբ)։ pH-ի որոշման իոնոմետրի մեթոդը հիմնված է միլլիվոլտմետր-իոնոմետրով գալվանական շղթայի ԷլՇՈւ-ի չափման վրա, որն իր մեջ է կիրառում հատուկ ապակյա էլեկտրոդ, որի պոտենցիալը կախված է ջրածնի իոնների կոնցենտրացիայից։

4. Անալիտիկ ծավալային մեթոդ (թթվա-հիմնային տիտրում)

Այս մեթոդով տրվում են միջավայրի թթվայնության հստակ տվյալներ։ Հայտնի կոնցենտրացիայիով լուծույթը լցնում են բյուրետի մեջ, իսկ անհայտ կոնցենտրացիայով լուծույթը լցնում են Էրլենմեյերի կոլբայի մեջ, ապա տիտրում այն արդեն պատրաստված ստանդարտ լուծույթով։

5. Ջերմաստիանի կախվածությունը pH-ի վրա

0,001 մոլ/լ HCl 20 °C ջերմաստիճանում pH=3, իսկ 30 °C ջերմաստիճանում pH=3։

0,001 մոլ/լ NaOH 20 °C ջերմաստիճանում pH=11,73, իսկ 30 °C ջերմաստիճանում pH=10,83։(

Տես նաև 
 Ջրի իոնական արտադրյալ
 Ինդիկատորներ
 pH-մետր
 Բուֆերային լուծույթներ

Ծանոթագրություններ

Գրականություն 
 Бейтс Р. Определение рН. Теория и практика. 2 издание. Перевод с английского под редакцией акад. Б. П. Никольского и проф. М. М. Шульца. — Л.։ Химия. 1972.

Արտաքին հղումներ 
 ph մետր և թթու հիմք
  pH-ի սանդղակներ 

Չափման միավորներ
Թթուներ
Անալիտիկ քիմիա
Ֆիզիկական քիմիա