pH એ સોલ્યુશન કેટલું એસિડિક અથવા મૂળભૂત છે તેનું માપ છે. પ્રથમ સિદ્ધાંતોથી તેની ગણતરી કેવી રીતે કરવી તે સમજવું એ રસાયણશાસ્ત્ર, જીવવિજ્ઞાન, દવા અને પર્યાવરણીય વિજ્ઞાન માટે મૂળભૂત છે.
pH ફોર્મ્યુલા
pH ને હાઇડ્રોજન આયન સાંદ્રતાના નકારાત્મક આધાર-10 લઘુગણક તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે:
pH = −log₁₀[H⁺]
જ્યાં [H⁺] એ મોલ્સ પ્રતિ લિટર (mol/L અથવા M) માં હાઇડ્રોજન આયનોની સાંદ્રતા છે.
ઉદાહરણ 1: [H⁺] = 0.001 M (10⁻³ M):
- pH = −log(0.001) = −(−3) = 3 (એસિડિક)
ઉદાહરણ 2: [H⁺] = 1 × 10⁻⁷ M (શુદ્ધ પાણી):
- pH = −log(10⁻⁷) = 7 (તટસ્થ)
ઉદાહરણ 3: [H⁺] = 1 × 10⁻¹¹ M:
- pH = 11 (મૂળભૂત/આલ્કલાઇન)
પીએચ સ્કેલ
| pH | વર્ગીકરણ | ઉદાહરણ |
|---|---|---|
| 0-2 | સખત એસિડિક | બેટરી એસિડ, પેટ એસિડ (1-2) |
| 3-4 | એસિડિક | વિનેગર (2.4), નારંગીનો રસ (3.5) |
| 5-6 | હળવું એસિડિક | બ્લેક કોફી (5), વરસાદી પાણી (5.6) |
| 7 | તટસ્થ | શુદ્ધ પાણી |
| 8-9 | હળવું મૂળભૂત | દરિયાઈ પાણી (8), ખાવાનો સોડા (8.3) |
| 10-12 | મૂળભૂત | મેગ્નેશિયાનું દૂધ (10.5) |
| 13-14 | ભારપૂર્વક મૂળભૂત | બ્લીચ (12.5), ડ્રેઇન ક્લીનર (14) |
pH થી [H⁺] ની ગણતરી
વિપરીત ગણતરી — pH માંથી આયન સાંદ્રતા શોધવી:
[H⁺] = 10^(−pH)
ઉદાહરણ: pH = 4.5:
- [H⁺] = 10^(−4.5) = 3.16 × 10⁻⁵ mol/L
pH અને pOH વચ્ચેનો સંબંધ
25 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર જલીય દ્રાવણમાં:
pH + pOH = 14
pOH = −log₁₀[OH⁻]
જો તમે હાઇડ્રોજન આયનોને બદલે હાઇડ્રોક્સાઇડ આયન સાંદ્રતા જાણો છો:
ઉદાહરણ: [OH⁻] = 1 × 10⁻³ M:
- pOH = −log(10⁻³) = 3
- pH = 14 − 3 = 11 (મૂળભૂત)
મજબૂત એસિડના pH ની ગણતરી
મજબૂત એસિડ્સ (HCl, HNO₃, H₂SO₄) સંપૂર્ણપણે પાણીમાં અલગ થઈ જાય છે:
[H⁺] = Concentration of acid (for monoprotic acids)
pH = −log[acid concentration]
ઉદાહરણ: 0.05 M HCl:
- [H⁺] = 0.05 M
- pH = −log(0.05) = 1.30
H₂SO₄ (diprotic): [H⁺] = 2 × [H₂SO₄]
નબળા એસિડના pHની ગણતરી (કાનો ઉપયોગ કરીને)
નબળા એસિડ આંશિક રીતે અલગ થઈ જાય છે. એસિડ ડિસોસિએશન કોન્સ્ટન્ટ Ka નો ઉપયોગ કરો:
[H⁺] = √(Ka × C)
pH = −log(√(Ka × C)) = ½ × (pKa − log C)
જ્યાં C = પ્રારંભિક એસિડ સાંદ્રતા, Ka = વિયોજન સ્થિરતા.
ઉદાહરણ: 0.1 M એસિટિક એસિડ (Ka = 1.8 × 10⁻⁵):
- [H⁺] = √(1.8 × 10⁻⁵ × 0.1) = √(1.8 × 10⁻⁶) = 1.34 × 10⁻³
- pH = −log(1.34 × 10⁻³) = 2.87
(મજબૂત એસિડની તુલનામાં: 0.1 M HCl માં pH = 1.0 હશે — વધુ એસિડિક)
મજબૂત પાયાના pH ની ગણતરી
મજબૂત પાયા (NaOH, KOH) સંપૂર્ણપણે અલગ થઈ જાય છે:
[OH⁻] = concentration of base
pOH = −log[OH⁻]
pH = 14 − pOH
ઉદાહરણ: 0.02 M NaOH:
- pOH = −log(0.02) = 1.70
- pH = 14 − 1.70 = 12.30
બફર સોલ્યુશન્સ
બફર પીએચ ફેરફારનો પ્રતિકાર કરે છે. હેન્ડરસન-હેસલબાલ્ચ સમીકરણ બફર pH ની ગણતરી કરે છે:
pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
જ્યાં [A⁻] = સંયુક્ત આધાર સાંદ્રતા, [HA] = નબળા એસિડ સાંદ્રતા.
ઉદાહરણ: એસિટિક એસિડ/એસિટેટ બફર, pKa = 4.74, સમાન સાંદ્રતા:
- pH = 4.74 + લોગ(1) = 4.74 + 0 = 4.74
pKa ના ±1 pH એકમની અંદર બફર્સ શ્રેષ્ઠ કામ કરે છે.
વ્યવહારુ એપ્લિકેશનો
બ્લડ pH: બાયકાર્બોનેટ બફરિંગ દ્વારા 7.35–7.45 પર જાળવવામાં આવે છે. 7.35 ની નીચે = એસિડિસિસ; 7.45 ઉપર = આલ્કલોસિસ.
સ્વિમિંગ પુલ: શ્રેષ્ઠ pH 7.2–7.8. 7.0 ની નીચે આંખોમાં બળતરા થાય છે અને સાધનોને કોરોડ કરે છે; 7.8 થી ઉપર ક્લોરિન અસરકારકતા ઘટાડે છે.
માટી pH: પોષક તત્વોની ઉપલબ્ધતાને અસર કરે છે. મોટાભાગના છોડ 6.0-7.0 પર ખીલે છે; બ્લુબેરી 4.5-5.5 પસંદ કરે છે.
pH અને pOH ગણતરીઓ માટે −log મૂલ્યોની ઝડપથી ગણતરી કરવા માટે અમારા લોગરીધમ કેલ્ક્યુલેટરનો ઉપયોગ કરો.