pH हे उपाय किती अम्लीय किंवा मूलभूत आहे याचे मोजमाप आहे. रसायनशास्त्र, जीवशास्त्र, वैद्यकशास्त्र आणि पर्यावरण शास्त्रासाठी पहिल्या तत्त्वांपासून त्याची गणना कशी करायची हे समजून घेणे हे मूलभूत आहे.
pH फॉर्म्युला
pH ची व्याख्या हायड्रोजन आयन एकाग्रतेचे ऋण बेस-10 लॉगरिथम म्हणून केली जाते:
pH = −log₁₀[H⁺]
जेथे [H⁺] हे हायड्रोजन आयनांचे प्रमाण मोल प्रति लिटर (mol/L किंवा M) मध्ये आहे.
उदाहरण 1: [H⁺] = 0.001 M (10⁻³ M):
- pH = −log(0.001) = −(−3) = 3 (आम्लीय)
उदाहरण २: [H⁺] = 1 × 10⁻⁷ M (शुद्ध पाणी):
- pH = −log(10⁻⁷) = 7 (तटस्थ)
उदाहरण ३: [H⁺] = १ × १०⁻¹¹ M:
- pH = 11 (मूलभूत/क्षारीय)
पीएच स्केल
| pH | वर्गीकरण | उदाहरण |
|---|---|---|
| 0-2 | जोरदार अम्लीय | बॅटरी ऍसिड, पोट ऍसिड (1-2) |
| ३-४ | आम्लयुक्त | व्हिनेगर (2.4), संत्र्याचा रस (3.5) |
| ५-६ | सौम्य अम्लीय | ब्लॅक कॉफी (5), पावसाचे पाणी (5.6) |
| 7 | तटस्थ | शुद्ध पाणी |
| ८-९ | सौम्य मूलभूत | समुद्राचे पाणी (8), बेकिंग सोडा (8.3) |
| 10-12 | बेसिक | मॅग्नेशियाचे दूध (10.5) |
| १३-१४ | जोरदार मूलभूत | ब्लीच (12.5), ड्रेन क्लिनर (14) |
pH वरून [H⁺] मोजत आहे
उलट गणना — pH वरून आयन एकाग्रता शोधणे:
[H⁺] = 10^(−pH)
उदाहरण: pH = 4.5:
- [H⁺] = 10^(−4.5) = 3.16 × 10⁻⁵ mol/L
pH आणि pOH मधील संबंध
25 डिग्री सेल्सिअस तापमानात जलीय द्रावणात:
pH + pOH = 14
pOH = −log₁₀[OH⁻]
जर तुम्हाला हायड्रोजन आयन ऐवजी हायड्रॉक्साईड आयन एकाग्रता माहित असेल तर:
उदाहरण: [OH⁻] = 1 × 10⁻³ M:
- pOH = −log(10⁻³) = 3
- pH = 14 − 3 = 11 (मूलभूत)
मजबूत ऍसिडचे pH मोजणे
मजबूत ऍसिडस् (HCl, HNO₃, H₂SO₄) पूर्णपणे पाण्यात विरघळतात:
[H⁺] = Concentration of acid (for monoprotic acids)
pH = −log[acid concentration]
उदाहरण: ०.०५ एम एचसीएल:
- [H⁺] = ०.०५ मी
- pH = −log(0.05) = 1.30
H₂SO₄ (diprotic): [H⁺] = 2 × [H₂SO₄]
कमकुवत ऍसिडचे पीएच मोजणे (का वापरणे)
कमकुवत ऍसिड्स अंशतः विलग होतात. अम्ल पृथक्करण स्थिरांक Ka वापरा:
[H⁺] = √(Ka × C)
pH = −log(√(Ka × C)) = ½ × (pKa − log C)
जेथे C = प्रारंभिक ऍसिड एकाग्रता, Ka = पृथक्करण स्थिरता.
उदाहरण: ०.१ एम एसिटिक आम्ल (का = १.८ × १०⁻⁵):
- [H⁺] = √(1.8 × 10⁻⁵ × 0.1) = √(1.8 × 10⁻⁶) = 1.34 × 10⁻³
- pH = −log(1.34 × 10⁻³) = 2.87
(मजबूत आम्लाच्या तुलनेत: 0.1 M HCl मध्ये pH = 1.0 — जास्त अम्लीय असेल)
मजबूत पायाचे pH मोजत आहे
मजबूत तळ (NaOH, KOH) पूर्णपणे विलग होतात:
[OH⁻] = concentration of base
pOH = −log[OH⁻]
pH = 14 − pOH
उदाहरण: ०.०२ M NaOH:
- pOH = −log(0.02) = 1.70
- pH = 14 − 1.70 = 12.30
बफर सोल्यूशन्स
बफर पीएच बदलास प्रतिकार करतो. हेंडरसन-हॅसलबाल्च समीकरण बफर pH ची गणना करते:
pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
जेथे [A⁻] = संयुग्मित आधार एकाग्रता, [HA] = कमकुवत ऍसिड एकाग्रता.
उदाहरण: एसिटिक ऍसिड/एसीटेट बफर, pKa = 4.74, समान सांद्रता:
- pH = 4.74 + लॉग(1) = 4.74 + 0 = 4.74
pKa च्या ±1 pH युनिटमध्ये बफर उत्तम काम करतात.
व्यावहारिक अनुप्रयोग
रक्त pH: बायकार्बोनेट बफरिंगद्वारे 7.35–7.45 वर राखले जाते. 7.35 च्या खाली = ऍसिडोसिस; 7.45 च्या वर = अल्कोलोसिस.
स्विमिंग पूल: इष्टतम pH 7.2–7.8. 7.0 च्या खाली डोळ्यांना त्रास होतो आणि उपकरणे खराब होतात; 7.8 वरील क्लोरीन परिणामकारकता कमी करते.
माती pH: पोषक तत्वांच्या उपलब्धतेवर परिणाम होतो. बहुतेक झाडे 6.0-7.0 वर वाढतात; ब्लूबेरी 4.5-5.5 पसंत करतात.
pH आणि pOH गणनेसाठी −log मूल्यांची द्रुतपणे गणना करण्यासाठी आमचे लॉगरिथम कॅल्क्युलेटर वापरा.