מה המשמעות של סולם Ph?

גם למי שיעדיף להימנע מללמוד על מדע, יהיה קשה לנהל משא ומתן על העולם מבלי לשמוע התייחסויות קבועות למשהו שנקרא pH. אם אינך צריך לדעת מה זה בשיעור כימיה, סביר להניח שתראה הפניות לרמת ה- pH ולמונחים נלווים כמו חומציות ובסיסיות, אם אתה צופה רק בכמה פרסומות שמפו.

ה סולם pH הוא כלי כימאים תכנן למדוד עד כמה פתרון הוא חומצי (או אלקליין, ההפך מ"חומצי "). משתמשים בו מדי יום באינספור יישומים, החל בבדיקה אם רמת הכלור בג'קוזי שלך איפה זה צריך להיות כדי לאפשר לביוכימאים להבין את התנאים האידיאליים לתגובות המושפעות מחומציות מתרחש.

סולם ה- pH, כמו הרבה כלים המשמשים במדעי הפיסיקה, אינו מה שאתה מכנה סולם "אינטואיטיבי", כמו כזה שנע בין 0 ל 10 או 1 ל 100 המשמש לציוני חידון או אחוזים טיפוסיים. אבל ברגע שאתה מפתח הערכה עמוקה למה המשמעות של המספר מבחינת ההתנהגות של מולקולות בתמיסה מימית (מולקולות מומס אטומי רכיב ומולקולות במים), כל התוכנית לא רק הגיונית אלא פותחת דלתות חדשות להבנה חדשה לגמרי של כִּימִיָה.

הקיצור pH מייצג "פוטנציאל של יון מימן". המונח הוטבע על ידי הביוכימאי הדני סורן סורנסון, שהגדיר את ה- "p" כהוראות לקחת את השלילי של הלוגריתם של ריכוז יון המימן, כתוב [H

מתמטית, הגדרת ה- pH היא

בחלק ניכר מהמדע הפיזי, הרעיון של "ריכוז" חל על המוני חלקיקים ולא על תכונותיהם האחרות. לדוגמא, אם 5.85 גרם (גרם) של מלח רגיל (נתרן כלורי, או NaCl) מומס באלף מיליליטר או מ"ל (1 ליטר או ליטר) מים (H₂לאחר מכן, ניתן לבטא את ריכוז הנתרן כלורי במים במקרה זה כ- 5.85 גרם / ליטר, או 5.85 מ"ג / מ"ל, או יחידות שקולות אחרות.

בכימיה, לעומת זאת, "הכמות" של חומר שחשוב היא לא כמה גרם או קילוגרמים ממנו יש, אלא כמה אטומים או מולקולות בודדות יש. הסיבה לכך היא כי אטומים ומולקולות מגיבים זה עם זה על בסיס יחסי אטום ומולקולריה, ולא יחסי מסה.

לסוגים שונים של אטומים (כלומר, יסודות שונים) יש מסות שונות, עם מספר הגרמים ב 1 שומה (6.02 × 10²³ חלקיקים בודדים) הניתנים ב"תיבה "של היסוד בטבלה המחזורית של היסודות (ראה משאבים).

לדוגמא, מולקולה אחת של H₂ל- O שני אטומי מימן ואטום חמצן אחד. לכל H יש מסה של בערך 1 גרם, ואילו לאטום O יש מסה של מעט פחות מ- 16 גרם. לכן בעוד ש 16/18 = 88.9 אחוז ממסת מולקולת המים מורכבת מחמצן, יש למים תמיד יחס 2 ל -1 של אטומי H ל- O.

מושג זה משמש לביסוס ריכוז טוחנת, או שומות לליטר, ייעודי M. כשזה קורה, המסה הטוחנת של Na היא 23.0 גרם וזה של כלור הוא 35.5 גרם, כך שמול אחד (1 מול, בחישובים) של NaCl הוא בעל מסה של 58.5 גרם. 5.85 גרם הם 1/10 מזה, כך 5.85 גרם NaCl / 1 ליטר = תמיסת NaCl 0.1 M,

אם אינכם מכירים לוגריתמים, או יומנים, חשבו עליהם כמייצגים דרכים קלות לדחוס את השונות האמיתית של כמות לצורה הניתנת לתאימות מתמטית יותר. יומנים הם אקספוננטים המטופלים בצורה שאינה על-כתב, מה שמצריך הסתגלות מתמטית ובדרך כלל מחשבון.

החלק שאתה צריך לדעת זה עבור כל גורם של עלייה 10 בריכוז יוני מימן, ה- pH יפחת ביחידה שלמה אחת ולהפך. פירוש הדבר שלפתרון עם pH של 5.0 יש פי עשרה יותר מ- [H⁺] של תמיסה עם pH של 6.0, ו -1 / 1,000 ה- [H⁺] של תמיסת 3.0-pH.

• גם חוזק החומצה (כלומר התכונות הטבועות בחומצות בודדות) וגם ריכוז החומצה (שניתן לשנות במעבדה) קובעים את ה- pH של התמיסה.

כאמור, לתמיסה 1-טוחנת (1M) של יוני מימן טהורים (ללא אניון משויך) יש pH של 0. זה לא נראה בטבע ומשמש כנקודת ייחוס למדידת pH באמצעות אלקטרודה שהיא חלק ממד pH. אלה מכוילים לתרגום הבדלי מתח בין תמיסת הייחוס לפיתרון מעניין לערך pH עבור האחרון.

1 חֲפַרפֶּרֶת של יונים לליטר פירושו כ 6.02 × 10²³ מולקולות או אטומים בודדים (כלומר, חלקיקים בודדים) לליטר תמיסה.

ערכים נפוצים של pH כוללים כ -1.5 לחומצת קיבה, כ -2 למיץ ליים, 3.5 ליין, 7 למים טהורים, כ- 7.4 לדם אנושי בריא, 9 לאקונומיקה ו 12 לאמוניה ביתית. שתי התרכובות האחרונות הן בסיסיות מאוד ויכולות לגרום לנזק פיזי בדיוק כמו שיכולה חומצה, אם כי באמצעות מנגנון אחר.

אניון שמסתובב בדם נקרא ביקרבונט (HCO³⁻), הנוצר ממים ופחמן דו חמצני, שומר על הדם מעט אלקליין ומשמש כ"חוצץ "במקרה ח '⁺ יונים מצטברים במהירות בדם, כמו כאשר הנשימה מופסקת לתקופות ממושכות.

ראית אולי פרסומות ל"נוגדי חומצה ", שהם חומרים שבניגוד לחומצות, יכול לקבל פרוטונים, לעתים קרובות על ידי תרומת קבוצת הידרוקסיל (-OH) המקבלת את הפרוטון ליצירת מים מולקולה.

ה"סחיבה "של יוני H + בקיבה כתוצאה מחומצה הידרוכלורית שהקיבה מפרישה באופן טבעי יכולה לספק הקלה מההשפעות המזיקות של החומצה על הממברנות הפנימיות.

דוגמא: מה ה- pH של תמיסה עם [H +] של 4.9 × 10⁻⁷ M?

pH = −log [H⁺] = −log [4.9 × 10⁻⁷] = 6.31.

שים לב שהסימן השלילי מהווה את העובדה שריכוזי היונים הקטנים הנראים במדידה פתרונות ייצרו קנה מידה עם תוצאות שליליות אחרת, בגלל ערכי המעריך השליליים.

דוגמא: מהו ריכוז יון המימן של תמיסה עם pH של 8.45?

הפעם, אתה מציב את אותה משוואה בצורה שונה במקצת:

8.45 = −log [H⁺], או −8.45 = יומן [H⁺].

כדי לפתור, אתה משתמש בעובדה שהמספר בסוגריים הוא רק הבסיס של היומן שלו, 10, שהועלה לערך היומן עצמו:

[H +] = 10^−8.45 = 3.5 × 10⁻⁹ M.

עיין במשאבים לדוגמא לכלי המאפשר לך לתפעל את זהותם וריכוזן של חומצות בתמיסה לקביעת ערכי pH קשורים.

שים לב שכאשר אתה מתנסה בחומצות שונות ברשימה הנפתחת המוצגת ומשתמש בריכוזים טוחניים שונים, תעשה זאת גלה עובדה מעניינת לגבי pH: זה תלוי גם בזהות החומצה (ובכך בעוצמתה הטבועה) וגם שלה ריכוז. לכן חומצה חלשה יותר בריכוז טוחנת גבוה יותר יכולה לייצר תמיסה עם pH נמוך יותר מאשר תמיסה מדוללת מספיק של חומצה חזקה יותר.