ความหมายของ Ph Scale คืออะไร?

แม้แต่สำหรับผู้ที่ต้องการหลีกเลี่ยงการเรียนรู้เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ ก็ยังเป็นการยากที่จะเจรจาโลกโดยไม่ได้ยินการอ้างอิงถึงสิ่งที่เรียกว่า pH เป็นประจำ หากคุณไม่จำเป็นต้องรู้ว่าวิชาเคมีมีไว้เพื่ออะไร คุณมักจะเห็นการอ้างอิงถึงระดับ pH และคำศัพท์ที่เกี่ยวข้อง เช่น ความเป็นกรดและด่าง หากคุณเพียงแค่ดูโฆษณาแชมพูเพียงไม่กี่รายการ

มาตราส่วน pH เป็นเครื่องมือที่นักเคมีได้คิดค้นเพื่อวัดว่าสารละลายเป็นกรด (หรือด่าง ตรงกันข้ามกับ "กรด") อย่างไร ใช้ทุกวันในการใช้งานนับไม่ถ้วน ตั้งแต่การตรวจสอบระดับคลอรีนในอ่างน้ำร้อนของคุณ ที่ควรจะเป็นเพื่อให้นักชีวเคมีสามารถหาสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับปฏิกิริยาที่ได้รับผลกระทบจากความเป็นกรดถึง เกิดขึ้น

มาตราส่วน pH เช่นเดียวกับเครื่องมือมากมายที่ใช้ในวิทยาศาสตร์กายภาพ ไม่ใช่สิ่งที่คุณเรียกว่ามาตราส่วน "ที่ใช้งานง่าย" เช่นเดียวกับช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 10 หรือ 1 ถึง 100 ที่ใช้สำหรับคะแนนแบบทดสอบทั่วไปหรือเปอร์เซ็นต์ แต่เมื่อคุณพัฒนาความซาบซึ้งอย่างลึกซึ้งสำหรับความหมายของตัวเลขในแง่ของพฤติกรรมของโมเลกุลในสารละลายที่เป็นน้ำ (โมเลกุล ละลายเป็นส่วนประกอบอะตอมและโมเลกุลในน้ำ) โครงร่างทั้งหมดไม่เพียงแต่สมเหตุสมผล แต่ยังเปิดประตูใหม่สู่ความเข้าใจใหม่ทั้งหมดเกี่ยวกับ เคมี.

ค่า pH ย่อมาจาก "ศักยภาพของไฮโดรเจนไอออน" คำนี้ตั้งขึ้นโดยนักชีวเคมีชาวเดนมาร์ก Søren Sørensonผู้กำหนด "p" เป็นคำแนะนำในการลบลอการิทึมของความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนเขียนว่า [H⁺]. pH คือลอการิทึมลบของ โมลาริตี ของ H ซึ่งเป็นหน่วยวัดของไอออนทั้งหมดต่อหน่วยปริมาตรมากกว่ามวลต่อหน่วยปริมาตร

ในทางคณิตศาสตร์ นิยาม pH คือ

ในวิทยาศาสตร์กายภาพส่วนใหญ่ แนวคิดเรื่อง "ความเข้มข้น" ใช้กับมวลของอนุภาคมากกว่าคุณสมบัติอื่นๆ ตัวอย่างเช่น ถ้า 5.85 กรัม (g) ของเกลือธรรมดา (โซเดียมคลอไรด์หรือ NaCl) ละลายในน้ำ 1,000 มิลลิลิตรหรือมิลลิลิตร (1 ลิตรหรือลิตร) ของน้ำ (H₂O) จากนั้นคุณสามารถแสดงความเข้มข้นของโซเดียมคลอไรด์ในน้ำในกรณีนี้เป็น 5.85 ก./ลิตร หรือ 5.85 มก./มล. หรือหน่วยเทียบเท่าอื่นๆ

อย่างไรก็ตาม ในวิชาเคมี "ปริมาณ" ของสารที่มีความสำคัญไม่ใช่ว่ามีกี่กรัมหรือกิโลกรัม แต่มีอะตอมหรือโมเลกุลกี่ตัว นี่เป็นเพราะอะตอมและโมเลกุลทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันตามอัตราส่วนของอะตอมและโมเลกุล ไม่ใช่อัตราส่วนมวล

อะตอมชนิดต่างๆ (กล่าวคือ ธาตุต่างกัน) มีมวลต่างกัน โดยมีจำนวนกรัมเป็น 1 โมล (6.02 × 10²³ แต่ละอนุภาค) ให้ไว้ใน "กล่อง" ขององค์ประกอบในตารางธาตุขององค์ประกอบ (ดูแหล่งข้อมูล)

ตัวอย่างเช่น โมเลกุลหนึ่งของ H₂O มีไฮโดรเจน 2 อะตอม และออกซิเจน 1 อะตอม H แต่ละตัวมีมวลประมาณ 1 กรัม ในขณะที่อะตอม O มีมวลน้อยกว่า 16 กรัม ดังนั้นในขณะที่ 16/18 = 88.9 เปอร์เซ็นต์ของมวลโมเลกุลของน้ำประกอบด้วยออกซิเจน แต่น้ำจะมีอัตราส่วนของอะตอม H ต่อ O 2 ต่อ 1 เสมอ

แนวคิดนี้ใช้ในการสร้าง ความเข้มข้นของฟันกราม, หรือ โมลต่อลิตร, กำหนด เอ็ม. เมื่อมันเกิดขึ้น มวลโมลาร์ของ Na คือ 23.0 กรัม และของคลอรีนคือ 35.5 กรัม ดังนั้น NaCl 1 โมล (1 โมลในการคำนวณ) จึงมีมวล 58.5 กรัม 5.85 g เท่ากับ 1/10 ของจำนวนนี้ ดังนั้น 5.85 g NaCl/1 L = สารละลาย 0.1 M NaCl

หากคุณไม่คุ้นเคยกับลอการิทึมหรือบันทึก ให้คิดว่าลอการิทึมเหล่านี้เป็นตัวแทนของวิธีง่ายๆ ในการบีบอัดความแปรปรวนที่แท้จริงของปริมาณให้อยู่ในรูปแบบที่สัมพันธ์กันทางคณิตศาสตร์มากขึ้น บันทึกเป็นเลขชี้กำลังที่จัดการในรูปแบบที่ไม่ใช่ตัวยก ซึ่งต้องใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์และมักจะใช้เครื่องคิดเลข

ส่วนที่คุณต้องรู้ก็คือ สำหรับทุกปัจจัยของความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนที่เพิ่มขึ้น 10 ทุกๆ ค่า pH จะลดลง 1 หน่วยจำนวนเต็ม และในทางกลับกัน. ซึ่งหมายความว่าสารละลายที่มีค่า pH 5.0 มีสิบเท่าของ [H⁺] ของสารละลายที่มีค่า pH 6.0 และ 1/1,000 [H⁺] ของสารละลาย 3.0-pH

• ทั้งความแรงของกรด (นั่นคือ คุณสมบัติโดยธรรมชาติของกรดแต่ละชนิด) และความเข้มข้นของกรด (ซึ่งคุณสามารถเปลี่ยนได้ในห้องปฏิบัติการ) เป็นตัวกำหนด pH ของสารละลาย

ตามที่ระบุไว้ สารละลาย 1 โมลาร์ (1 โมลาร์) ของไฮโดรเจนไอออนบริสุทธิ์ (ไม่มีประจุลบที่เกี่ยวข้อง) มีค่า pH เป็น 0 ซึ่งไม่มีให้เห็นในธรรมชาติ และใช้เป็นจุดอ้างอิงสำหรับการวัดค่า pH โดยใช้อิเล็กโทรดที่เป็นส่วนหนึ่งของเครื่องวัดค่า pH สิ่งเหล่านี้ได้รับการปรับเทียบเพื่อแปลความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างสารละลายอ้างอิงและสารละลายที่น่าสนใจเป็นค่า pH สำหรับหลัง

1 ตุ่น ของไอออนต่อลิตรหมายถึงประมาณ 6.02 × 10²³ แต่ละโมเลกุลหรืออะตอม (เช่น อนุภาคเดี่ยว) ต่อลิตรของสารละลาย

ค่า pH ทั่วไป ได้แก่ กรดในกระเพาะอาหารประมาณ 1.5 น้ำมะนาว 2 ค่าไวน์ 3.5 สำหรับน้ำบริสุทธิ์ 7.4 สำหรับเลือดมนุษย์ที่มีสุขภาพดี 9 สำหรับสารฟอกขาวและ 12 สำหรับแอมโมเนียในครัวเรือน สารประกอบสองชนิดหลังเป็นเบสที่แข็งแรง และสามารถก่อให้เกิดความเสียหายทางกายภาพได้เช่นเดียวกับกรดในกระป๋อง แม้ว่าจะเกิดจากกลไกที่ต่างกัน

ประจุลบที่ไหลเวียนอยู่ในกระแสเลือดเรียกว่า ไบคาร์บอเนต (HCO³⁻) ซึ่งก่อตัวจากน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้เลือดมีความเป็นด่างบ้างและทำหน้าที่เป็น "บัฟเฟอร์" ในกรณี H⁺ ไอออนสะสมในเลือดอย่างรวดเร็วเช่นเดียวกับเมื่อการหายใจถูกขัดจังหวะเป็นระยะเวลานาน

คุณอาจเคยเห็นโฆษณา "ยาลดกรด" ซึ่งเป็นสารที่ต่างจากกรด สามารถรับโปรตอนได้บ่อยครั้งโดยการบริจาคหมู่ไฮดรอกซิล (−OH) ที่รับโปรตอนเพื่อสร้างน้ำ โมเลกุล

ผลลัพธ์ "การกวาดล้าง" ของไอออน H+ ในกระเพาะอาหารจากกรดไฮโดรคลอริกที่กระเพาะหลั่งออกมาตามธรรมชาติสามารถบรรเทาผลกระทบจากกรดที่ทำลายเยื่อหุ้มภายในได้

ตัวอย่าง: pH ของสารละลายที่มี [H+] 4.9×10. เป็นเท่าใด⁻⁷ ม?

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

โปรดทราบว่าเครื่องหมายลบแสดงถึงความเข้มข้นเล็กน้อยของไอออนที่วัดได้ การแก้ปัญหาจะสร้างมาตราส่วนที่มีผลลัพธ์เป็นลบ มิฉะนั้น เนื่องจากค่าเลขชี้กำลังลบ

ตัวอย่าง: ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนของสารละลายที่มีค่า pH 8.45 คืออะไร?

คราวนี้ คุณใส่สมการเดียวกันเพื่อใช้ในวิธีที่ต่างกันเล็กน้อย:

8.45 =−บันทึก[H⁺] หรือ −8.45 = บันทึก[H⁺].

ในการแก้ปัญหา คุณใช้ข้อเท็จจริงที่ว่าตัวเลขในวงเล็บเป็นเพียงฐานของล็อก 10 ซึ่งเพิ่มเป็นค่าของบันทึกเอง:

[H+] = 10^−8.45 = 3.5 × 10⁻⁹ ม.

ดูแหล่งข้อมูลสำหรับตัวอย่างของเครื่องมือที่ช่วยให้คุณจัดการกับเอกลักษณ์และความเข้มข้นของกรดในสารละลายในการกำหนดค่า pH ที่เกี่ยวข้อง

โปรดทราบว่าเมื่อคุณทดลองกับกรดต่างๆ ในรายการดรอปดาวน์ที่มีให้และใช้ความเข้มข้นของโมลที่ต่างกัน คุณจะ ค้นพบข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับ pH: ขึ้นอยู่กับทั้งเอกลักษณ์ของกรด (และด้วยเหตุนี้ความแข็งแรงโดยธรรมชาติของกรด) และ and ความเข้มข้น กรดที่อ่อนกว่าในความเข้มข้นของโมลาร์ที่สูงกว่าจึงสามารถผลิตสารละลายที่มีค่า pH ต่ำกว่าสารละลายเจือจางที่เพียงพอของกรดที่แรงกว่าได้