अम्ल और क्षार एक ही पैमाने की दो चरम स्थितियाँ हैं: उनके गुण (पूरी तरह से विपरीत) समान मान से निर्धारित होते हैं - हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता (H+)। हालांकि, अपने आप में यह संख्या बहुत असुविधाजनक है: अम्लीय वातावरण में भी, जहां हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता अधिक होती है, यह संख्या एक इकाई का सौवां, हजारवां हिस्सा है। इसलिए, सुविधा के लिए, वे इस मान के दशमलव लघुगणक का उपयोग करते हैं, जिसे घटाकर एक से गुणा किया जाता है। यह कहने की प्रथा है कि यह पीएच (पोटेंशिया हाइड्रोजन) या हाइड्रोजन संकेतक है।
अवधारणा का उदय
सामान्य तौर पर, तथ्य यह है कि एक अम्लीय वातावरण और एक क्षारीय वातावरण हाइड्रोजन आयनों एच + की एकाग्रता से निर्धारित होता है और उनकी एकाग्रता जितनी अधिक होगी, समाधान उतना ही अधिक अम्लीय होगा (और इसके विपरीत, कम एच + एकाग्रता, पर्यावरण जितना अधिक क्षारीय होता है और विपरीत OH आयनों की सांद्रता उतनी ही अधिक होती है -), लंबे समय से विज्ञान के लिए जाना जाता है। हालाँकि, यह 1909 तक नहीं था कि डेनिश रसायनज्ञ सोरेनसेन ने पहली बार शोध प्रकाशित किया जिसमें उन्होंने हाइड्रोजन इंडेक्स - PH की अवधारणा का उपयोग किया, जिसे बाद में pH द्वारा बदल दिया गया।
अम्लता की गणना
पीएच सूचकांक की गणना करते समय, यह माना जाता है कि समाधान में पानी के अणु, बहुत कम मात्रा में, फिर भी आयनों में अलग हो जाते हैं। इस प्रतिक्रिया को वाटर ऑटोप्रोटोलिसिस कहा जाता है:
एच2ओ एच+ + ओह-
प्रतिक्रिया उत्क्रमणीय है, इसलिए इसके लिए एक संतुलन स्थिरांक परिभाषित किया गया है (प्रत्येक घटक की औसत सांद्रता दिखा रहा है)। यहाँ मानक स्थितियों के लिए स्थिरांक का मान है - तापमान 22 °C.
नीचे वर्ग कोष्ठक में - संकेतित घटकों की दाढ़ सांद्रता। पानी में पानी का मोलर सांद्रण लगभग 55 mol/लीटर है, जो कि सेकेंड ऑर्डर वैल्यू है। इसलिए, H+ और OH- आयनों की सांद्रता का गुणनफल लगभग 10-14 है। इस मान को पानी का आयनिक उत्पाद कहा जाता है।
शुद्ध जल में हाइड्रोजन आयन तथा हाइड्रॉक्साइड आयन की सांद्रता 10-7 होती है। तदनुसार, पानी का पीएच मान लगभग 7 होगा। इस पीएच मान को एक तटस्थ वातावरण के रूप में लिया जाता है।
अगला, आपको पानी से दूर देखना होगा और कुछ एसिड या क्षार के समाधान पर विचार करना होगा। उदाहरण के लिए, एसिटिक एसिड लें। पानी का आयनिक उत्पाद वही रहेगा, लेकिन आयनों के बीच संतुलन H+ और OH- पूर्व की ओर शिफ्ट हो जाएगा: हाइड्रोजन आयन होंगे आंशिक रूप से अलग किए गए एसिटिक एसिड से आते हैं, और "अतिरिक्त" हाइड्रॉक्साइड आयन गैर-पृथक पानी के अणुओं में चले जाएंगे। इस प्रकार, हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता अधिक होगी और पीएच कम होगा (कोई आवश्यकता नहीं.)भूल जाते हैं कि लघुगणक ऋण चिह्न के साथ लिया जाता है)। तदनुसार, अम्लीय और क्षारीय पीएच से संबंधित हैं। और वे निम्नलिखित तरीके से जुड़े हुए हैं। पीएच मान जितना कम होगा, वातावरण उतना ही अधिक अम्लीय होगा।
अम्लीय गुण
अम्लीय वातावरण 7 से कम पीएच वाले समाधान होते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हालांकि पहली नज़र में पानी के आयनिक उत्पाद का मान पीएच मान को 1 से 14 तक सीमित करता है, वास्तव में, एक से कम (और शून्य से भी कम) और 14 से अधिक पीएच वाले समाधान मौजूद हैं। उदाहरण के लिए, प्रबल अम्लों (सल्फ्यूरिक, हाइड्रोक्लोरिक) के सांद्र विलयनों में pH -2 तक पहुंच सकता है।
कुछ पदार्थों की घुलनशीलता इस बात पर निर्भर हो सकती है कि हमारे पास अम्लीय वातावरण है या क्षारीय वातावरण। उदाहरण के लिए, धातु हाइड्रोक्साइड लें। घुलनशीलता घुलनशीलता उत्पाद के मूल्य से निर्धारित होती है, जो संरचना में पानी के आयन उत्पाद के समान होती है: गुणा सांद्रता। हाइड्रॉक्साइड के मामले में, घुलनशीलता उत्पाद में धातु आयन की सांद्रता और हाइड्रॉक्साइड आयनों की सांद्रता शामिल होती है। हाइड्रोजन आयनों (एक अम्लीय वातावरण में) की अधिकता के मामले में, वे अधिक सक्रिय रूप से हाइड्रॉक्साइड आयनों को अवक्षेप से "बाहर" निकालेंगे, जिससे संतुलन को भंग रूप में स्थानांतरित कर दिया जाएगा, जिससे अवक्षेप की घुलनशीलता बढ़ जाएगी।
यह भी उल्लेखनीय है कि संपूर्ण मानव पाचन तंत्र में अम्लीय वातावरण होता है: गैस्ट्रिक जूस का पीएच 1 से 2 तक होता है। इन मूल्यों से ऊपर या नीचे विचलन विभिन्न रोगों का संकेत हो सकता है।
क्षारीय माध्यम के गुण
बीएक क्षारीय वातावरण में, पीएच मान 7 से अधिक मान लेता है। सुविधा के लिए, हाइड्रॉक्साइड आयनों की उच्च सांद्रता वाले वातावरण में, अम्लता के पीएच संकेतक को मूलता पीओएच के पीएच संकेतक द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। यह अनुमान लगाना आसान है कि यह -lg[OH-] (हाइड्रॉक्साइड आयनों की सांद्रता का ऋणात्मक दशमलव लघुगणक) के बराबर मान को दर्शाता है। पानी के आयनिक उत्पाद से सीधे समानता pH + pOH=14 का अनुसरण करती है। इसलिए पीओएच=14 - पीएच। इस प्रकार, सभी कथनों के लिए जो pH सूचकांक के लिए सत्य हैं, विपरीत कथन pOH मूलता सूचकांक के लिए सत्य हैं। यदि एक क्षारीय माध्यम का पीएच परिभाषा के अनुसार बड़ा है, तो इसका पीओएच स्पष्ट रूप से छोटा है, और क्षार समाधान जितना मजबूत होगा, पीओएच मान उतना ही कम होगा।
इस वाक्य ने सिर्फ एक तार्किक विरोधाभास पेश किया है जो अम्लता के बारे में कई चर्चाओं को भ्रमित करता है: कम अम्लता उच्च अम्लता को इंगित करती है, और इसके विपरीत: उच्च पीएच मान कम अम्लता के अनुरूप होते हैं। यह विरोधाभास इसलिए प्रकट होता है क्योंकि लघुगणक को ऋणात्मक चिह्न के साथ लिया जाता है, और अम्लता पैमाना, जैसा कि था, उल्टा है।
अम्लता की व्यावहारिक परिभाषा
माध्यम की अम्लता को निर्धारित करने के लिए तथाकथित संकेतकों का उपयोग किया जाता है। आमतौर पर ये जटिल कार्बनिक अणु होते हैं जो माध्यम के पीएच के आधार पर अपना रंग बदलते हैं। संकेतक एक बहुत ही संकीर्ण पीएच सीमा पर रंग बदलता है: सटीक परिणाम प्राप्त करने के लिए इसका उपयोग एसिड-बेस टाइट्रेशन में किया जाता है: जैसे ही संकेतक रंग बदलता है, वैसे ही अनुमापन बंद हो जाता है।
सबसे प्रसिद्ध संकेतक मिथाइल हैंनारंगी (कम पीएच वाले क्षेत्र में संक्रमण अंतराल), फिनोलफथेलिन (उच्च पीएच वाले क्षेत्र में संक्रमण अंतराल), लिटमस, थाइमोल नीला और अन्य। अम्लीय वातावरण और क्षारीय वातावरण में, उनके संक्रमण अंतराल के क्षेत्र के आधार पर विभिन्न संकेतकों का उपयोग किया जाता है।
सार्वभौमिक संकेतक भी हैं - अत्यधिक अम्लीय से अत्यधिक क्षारीय वातावरण में जाने पर वे अपना रंग धीरे-धीरे लाल से गहरे बैंगनी रंग में बदलते हैं। वास्तव में, सार्वभौमिक संकेतक सामान्य संकेतकों का मिश्रण होते हैं।
अम्लता के अधिक सटीक निर्धारण के लिए, एक उपकरण का उपयोग किया जाता है - एक पीएच मीटर (पोटेंशियोमीटर, विधि, क्रमशः, पोटेंशियोमेट्री कहा जाता है)। इसके संचालन का सिद्धांत एक सर्किट में ईएमएफ के माप पर आधारित है, जिसका तत्व मापा पीएच के साथ एक समाधान है। किसी विलयन में डूबे हुए इलेक्ट्रोड की क्षमता विलयन में हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता के प्रति संवेदनशील होती है - इसलिए EMF में परिवर्तन, जिसके आधार पर वास्तविक pH की गणना की जाती है।
रोजमर्रा की जिंदगी में विभिन्न वातावरणों की अम्लता
एसिडिटी इंडेक्स का रोजमर्रा की जिंदगी में काफी महत्व है। उदाहरण के लिए, कमजोर अम्ल - एसिटिक, मैलिक - का उपयोग परिरक्षकों के रूप में किया जाता है। क्षारीय घोल साबुन सहित डिटर्जेंट होते हैं। सबसे सरल साबुन फैटी एसिड का सोडियम लवण है। पानी में, वे अलग हो जाते हैं: फैटी एसिड अवशेष - बहुत लंबा - एक तरफ एक नकारात्मक चार्ज होता है, और दूसरी तरफ - कार्बन परमाणुओं की एक लंबी गैर-ध्रुवीय श्रृंखला। उसअणु का अंत, जिस पर आवेश जलयोजन में भाग लेता है, अपने चारों ओर पानी के अणुओं को इकट्ठा करता है। दूसरा सिरा अन्य गैर-ध्रुवीय चीजों से जुड़ जाता है, जैसे वसा अणु। नतीजतन, मिसेल बनते हैं - गेंदें, जिसमें एक नकारात्मक चार्ज के साथ "पूंछ" चिपक जाती है, और "पूंछ" और वसा और गंदगी के कण अंदर छिपे होते हैं। इस तथ्य के कारण सतह को ग्रीस और गंदगी से धोया जाता है कि डिटर्जेंट सभी ग्रीस और गंदगी को ऐसे मिसेल में बांध देता है।
एसिडिटी और स्वास्थ्य
यह पहले ही उल्लेख किया जा चुका है कि मानव शरीर के लिए पीएच का बहुत महत्व है। पाचन तंत्र के अलावा, शरीर के अन्य भागों में अम्लता सूचकांक को नियंत्रित करना महत्वपूर्ण है: रक्त, लार, त्वचा - कई जैविक प्रक्रियाओं के लिए अम्लीय और क्षारीय वातावरण का बहुत महत्व है। उनकी परिभाषा आपको शरीर की स्थिति का आकलन करने की अनुमति देती है।
अब पीएच परीक्षण लोकप्रियता प्राप्त कर रहे हैं - अम्लता की जाँच के लिए तथाकथित एक्सप्रेस परीक्षण। वे यूनिवर्सल इंडिकेटर पेपर की नियमित स्ट्रिप्स हैं।
