पीएच (pH)

रसायन विज्ञान में, pH, ऐतिहासिक रूप से  हाइड्रोजन  (या हाइड्रोजन की क्षमता) को दर्शाता है। एक जलीय घोल की अम्लता या क्षार (रसायन) को निर्दिष्ट करने के लिए उपयोग किया जाने वाला पैमाना है। अम्लीय विलयनों (हाइड्रोजन ((H+) आयनों की उच्च सांद्रता वाले विलयन) को मूल या क्षारीय विलयनों की तुलना में कम pH मान के लिए मापा जाता है।

pH स्केल लघुगणकीय पैमाने है और विलयन में  हाइड्रोनियम  की सांद्रता को व्युत्क्रम रूप से इंगित करता है।

जहां विलयन में H+ का संतुलन मोलर सांद्रता (mol/l) है। 25 °C (77°F) पर, 7 से कम pH वाले विलयन अम्लीय होते हैं, और 7 से अधिक pH वाले विलयन क्षारीय होते हैं। इस तापमान पर 7 के pH वाले विलयन उदासीन होते हैं (यानी H+ की समान सांद्रता, आयन OH− के रूप में आयन, यानी  शुद्ध पानी ) होती है। pH का अनावेशी मान तापमान पर निर्भर करता है और 7 से कम है यदि तापमान 25 °c से अधिक बढ़ जाता है। pH मान बहुत केंद्रित एसिड ताकत के लिए 0 से कम हो सकता है, या बहुत केंद्रित आधार (रसायन विज्ञान) प्रबल आधारों के लिए 14 से अधिक हो सकता है।

pH स्केल मानक विलयनों के एक सेट के लिए मापन ट्रेसबिलिटी है जिसका pH अंतरराष्ट्रीय समझौते द्वारा स्थापित किया गया है। हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड और  सिल्वर क्लोराइड इलेक्ट्रोड जैसे मानक इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर को मापकर प्राथमिक pH मानक मान  बिजली उत्पन्न करनेवाली सेल का उपयोग करके निर्धारित किए जाते हैं। जलीय घोल के pH को  ग्लास इलेक्ट्रोड और  पी एच मीटर या रंग बदलने वाले pH संकेतक से मापा जा सकता है। रसायन विज्ञान, कृषि विज्ञान, चिकित्सा, जल उपचार और कई अन्य अनुप्रयोगों में pH के मापन महत्वपूर्ण हैं।

इतिहास
pH की अवधारणा सबसे पहले 1909 में कार्ल्सबर्ग प्रयोगशाला में  डेनिश केमिस्ट सरेन पीटर लॉरिट्ज सोरेनसेन द्वारा पेश की गई थी। और 1924 में विद्युत रासायनिक कोशिकाओं के संदर्भ में परिभाषाओं और मापों को समायोजित करने के लिए आधुनिक pH में संशोधित किया गया था। पहले पत्रों में, अंकन में H• लोअरकेस p के सबस्क्रिप्ट के रूप में, इस प्रकार: "pH•"। साइन p के लिए, मैं 'हाइड्रोजन आयन एक्सपोनेंट' नाम का और प्रतीक pH• प्रस्तावित करता हूं। फिर, हाइड्रोजन आयन घातांक के लिए (pH•) एक विलयन के, संबंधित हाइड्रोजन आयन  समतुल्य सांद्रता के  सामान्य लघुगणक के ऋणात्मक मान को समझना है।

pH में अक्षर p का सटीक अर्थ विवादित है, क्योंकि सॉरेन्सन ने यह स्पष्ट नहीं किया कि उन्होंने इसका उपयोग क्यों किया। सॉरेन्सन संभावित अंतरों का उपयोग करके pH को मापने का एक तरीका बताता है, और यह हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता में 10 की ऋणात्मक शक्ति का प्रतिनिधित्व करता है। पत्र पी फ्रांसीसी पुइसेंस, जर्मन पोटेन्ज़, या डेनिश पोटेन्स के लिए खड़ा हो सकता है, जिसका अर्थ शक्ति है, या इसका अर्थ संभावित हो सकता है। इनके लिए सभी शब्द फ्रेंच भाषा, जर्मन भाषा  और  डेनिश भाषा  में अक्षर "p'" से प्रारम्भ होते हैं - सभी भाषाएँ सोरेनसेन में प्रकाशित हुईं: कार्ल्सबर्ग प्रयोगशाला फ्रेंच भाषी थी, जर्मन वैज्ञानिक प्रकाशन की प्रमुख भाषा थी, और सोरेनसेन डेनिश थी। उन्होंने पेपर में कहीं और भी उसी तरह अक्षर क्यू का उपयोग किया। उसने परीक्षण विलयन p और संदर्भ विलयन q को मनमाने ढंग से लेबल भी किया हो सकता है; ये अक्षर प्रायः जोड़े जाते हैं। कुछ साहित्य सूत्रों का कहना है कि pH  लैटिन भाषा  के पोंडस हाइड्रोजनी (हाइड्रोजन की मात्रा) या पोटेंशिया हाइड्रोजनी (हाइड्रोजन की शक्ति) के लिए खड़ा है, यद्यपि यह सोरेनसेन के लेखन द्वारा समर्थित नहीं है।

वर्तमान में रसायन विज्ञान में, p सामान्य लघुगणक के लिए खड़ा है, और इसका उपयोग pKa शब्द में भी किया जाता है, अम्ल पृथक्करण स्थिरांक और pOH, हीड्राकसीड आयनों के बराबर के लिए उपयोग किया जाता है।

बैक्ट्रियोलॉजिस्ट एलिस कैथरीन इवान्स, जिन्होंने डेयरी और खाद्य सुरक्षा को प्रभावित किया, 1910 के दशक में pH मापने के तरीकों को विकसित करने के लिए विलियम मैन्सफील्ड क्लार्क और उनके सहयोगियों को श्रेय दिया, जिसका प्रयोगशाला और औद्योगिक उपयोग पर व्यापक प्रभाव था। अपने संस्मरण में, उन्होंने यह उल्लेख नहीं किया है कि कुछ साल पहले क्लार्क और उनके सहयोगियों को सॉरेन्सन के काम के बारे में कितना या कितना कम पता था। उसने कहा: इन अध्ययनों में [बैक्टीरिया के चयापचय के] डॉ. क्लार्क का ध्यान बैक्टीरिया के विकास पर एसिड के प्रभाव को निर्देशित किया गया था। उन्होंने पाया कि यह हाइड्रोजन-आयन सांद्रता की स्थिति में एसिड की तीव्रता है जो उनके विकास को प्रभावित करती है। लेकिन अम्लता को मापने के उपस्थित तरीके एसिड की मात्रा निर्धारित करते हैं, तीव्रता नहीं। इसके बाद, अपने सहयोगियों के साथ, डॉ. क्लार्क ने हाइड्रोजन-आयन सांद्रता को मापने के लिए सटीक तरीके विकसित किए। इन तरीकों ने दुनिया भर में जैविक प्रयोगशालाओं में उपयोग में आने वाली एसिड सामग्री को निर्धारित करने की गलत अनुमापन विधि को बदल दिया। साथ ही वे कई औद्योगिक और अन्य प्रक्रियाओं में लागू पाए गए जिनमें वे व्यापक उपयोग में आए।

1934 में कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान के एक प्रोफेसर अर्नोल्ड ऑरविल बेकमैन ने pH को मापने के लिए पहली  इलेक्ट्रानिक्स विधि का आविष्कार किया था। यह स्थानीय साइट्रस उत्पादक सनकिस्ट ग्रोअर्स, इनकॉर्पोरेटेड के जवाब में था जो नींबू के pH का त्वरित परीक्षण करने के लिए एक बेहतर तरीका चाहते थे जो वे अपने आस-पास के बागों से उठा रहे थे।

pH
विलयन में pH को हाइड्रोजन आयन गतिविधि (रसायन विज्ञान) aH+ के पारस्परिक के दशमलव लघुगणक के रूप में परिभाषित किया गया है।गणितीय रूप से pH इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

उदाहरण के लिए, 5×10−6 की हाइड्रोजन आयन गतिविधि वाले विलयन के लिए (उस स्तर पर, यह अनिवार्य रूप से प्रति लीटर विलयन में हाइड्रोजन आयनों के मोल (इकाई) की संख्या है) लघुगणक का तर्क:

pH = - log10 (5 x 10- 6) = 5.3

ध्यान दें कि pH तापमान पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए 0 डिग्री सेल्सियस पर शुद्ध पानी का pH लगभग 7.47 होता है। 25 डिग्री सेल्सियस पर यह 7.00 है, और 100 डिग्री सेल्सियस पर यह 6.14 है।

इस परिभाषा को इसलिए अपनाया गया क्योंकि आयन-चयनात्मक इलेक्ट्रोड, जिनका उपयोग pH को मापने के लिए किया जाता है, गतिविधि पर प्रतिक्रिया करते हैं। इलेक्ट्रोड पोटेंशियल, ई, हाइड्रोजन आयन के लिए एनर्नस्ट समीकरण का अनुसरण करता है, जिसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:



जहां E मापी गई क्षमता है, E0 मानक इलेक्ट्रोड क्षमता है, R गैस स्थिरांक है, T केल्विन में तापमान है, F फैराडे स्थिरांक है। H+ के लिए, हस्तांतरित इलेक्ट्रॉनों की संख्या एक है।

यह इस प्रकार है कि इलेक्ट्रोड क्षमता pH के समानुपाती होती है जब pH को गतिविधि के संदर्भ में परिभाषित किया जाता है। pH का सटीक माप अंतर्राष्ट्रीय मानक आईएसओ 31-8 में निम्नानुसार प्रस्तुत किया गया है: एक संदर्भ इलेक्ट्रोड और हाइड्रोजन आयन गतिविधि के प्रति संवेदनशील इलेक्ट्रोड के बीच  वैद्युतवाहक बल (ईएमएफ) को मापने के लिए एक गैल्वेनिक सेल की स्थापना की जाती है, जब वे दोनों एक ही जलीय घोल में डूबे होते हैं। संदर्भ इलेक्ट्रोड सिल्वर क्लोराइड इलेक्ट्रोड या संतृप्त कैलोमेल इलेक्ट्रोड हो सकता है। हाइड्रोजन-आयन चयनात्मक इलेक्ट्रोड मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड है।


 * संदर्भ इलेक्ट्रोड | KCl का सान्द्र विलयन || परीक्षण विलयन | H2 | Pt

सबसे पहले, सेल ज्ञात हाइड्रोजन आयन गतिविधि के विलयन से भर जाता है और इलेक्ट्रोमोटिव बल, ES मापा जाता है। फिर इलेक्ट्रोमोटिव बल, EX, अज्ञात pH के विलयन वाले एक ही सेल को मापा जाता है।



दो मापा इलेक्ट्रोमोटिव बल मूल्यों के बीच का अंतर pH के समानुपाती होता है। अंशांकन की यह विधि मानक इलेक्ट्रोड क्षमता को जानने की आवश्यकता से बचाती है। आनुपातिकता स्थिरांक, 1/z, आदर्श रूप से किसके बराबर है? $$\frac{1}{2.303RT/F}\ $$, नर्नस्टियन ढलान।

अभ्यास में, इस प्रक्रिया को लागू करने के लिए बोझिल हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के अतिरिक्त एक ग्लास इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है। एक संयुक्त ग्लास इलेक्ट्रोड में एक अंतर्निर्मित संदर्भ इलेक्ट्रोड होता है। यह ज्ञात हाइड्रोजन आयन गतिविधि के बफर विलयन के खिलाफ कैलिब्रेटेड है। IUPAC (इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री) द्वारा प्रस्तावित ज्ञात हाइड्रोजन आयन (H+) गतिविधि विलयनों के सेट के उपयोग का प्रस्ताव दिया है। इस तथ्य को समायोजित करने के लिए दो या अधिक बफर विलयन का उपयोग किया जाता है कि ढलान आदर्श से थोड़ा भिन्न हो सकता है। अंशांकन के लिए इस दृष्टिकोण को लागू करने के लिए, इलेक्ट्रोड को पहले एक मानक विलयन में डुबोया जाता है और pH मीटर पर रीडिंग को मानक बफर मान के बराबर समायोजित किया जाता है। एक दूसरे मानक बफर विलयन से पढ़ने को तब समायोजित किया जाता है, ढलान नियंत्रण का उपयोग करके, उस विलयन के लिए pH के बराबर होना। अधिक विवरण, IUPAC अनुशंसाओं में दिए गए हैं। जब दो से अधिक बफर विलयनों का उपयोग किया जाता है तो मानक बफर मानों के संबंध में प्रेक्षित pH मानों को एक सीधी रेखा में फिट करके इलेक्ट्रोड को कैलिब्रेट किया जाता है। वाणिज्यिक मानक बफर विलयन सामान्यतः 25 डिग्री सेल्सियस पर मूल्य और अन्य तापमानों के लिए लागू किए जाने वाले सुधार कारक के बारे में जानकारी के साथ आते हैं।

pH पैमाना लॉगरिदमिक है और इसलिए pH एक आयाम रहित मात्रा है।

p [H]
यह 1909 में सॉरेन्सन की मूल परिभाषा थी, जिसे 1924 में pH के पक्ष में स्थानांतरित कर दिया गया था। [H] हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता है, जिसे [H(+)] निरूपित किया गया है आधुनिक रसायन विज्ञान में, जिसमें सांद्रता की इकाइयाँ प्रतीत होती हैं। अधिक सही ढंग से, तनु घोल में H(+)  की थर्मोडायनामिक गतिविधि प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए [H+]/c0, जहां मानक अवस्था सांद्रता c0 = 1 mol/L है। यह अनुपात एक शुद्ध संख्या है जिसका लघुगणक परिभाषित किया जा सकता है।

यद्यपि, हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता के संदर्भ में इलेक्ट्रोड को कैलिब्रेट करने पर सीधे हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता को मापना संभव है। ऐसा करने का एक तरीका, जिसका व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, पृष्ठभूमि इलेक्ट्रोलाइट की अपेक्षाकृत उच्च सांद्रता की उपस्थिति में प्रबल क्षारीय की ज्ञात सांद्रता के विलयन के साथ प्रबल एसिड की ज्ञात सांद्रता के विलयन का अनुमापन करना है। चूँकि अम्ल और क्षार की सांद्रता ज्ञात है, इसलिए हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता की गणना करना आसान है ताकि मापी गई क्षमता को सांद्रता के साथ सहसंबद्ध किया जा सके। सामान्यतः ग्रैन प्लॉट इलेक्ट्रोड अंशांकन का उपयोग करके किया जाता है। इस प्रकार, इस प्रक्रिया का उपयोग करने का प्रभाव गतिविधि को सांद्रता के संख्यात्मक मान के बराबर बनाना है।

ग्लास इलेक्ट्रोड (और अन्य आयन चयनात्मक इलेक्ट्रोड) को जांच की जा रही माध्यम के समान एक माध्यम में कैलिब्रेट किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, यदि कोई समुद्री जल के नमूने के pH को मापना चाहता है, तो इलेक्ट्रोड को उसकी रासायनिक संरचना में समुद्री जल के समान एक विलयन में कैलिब्रेट किया जाना चाहिए, जैसा कि नीचे बताया गया है।

पी [एच] और pH के बीच का अंतर काफी छोटा है। यह pH = p[H] + 0.04 बताया गया है। दोनों प्रकार के मापन के लिए pH शब्द का उपयोग करना समान्य बात है।

pH सूचक
संकेतक का उपयोग pH को मापने के लिए किया जा सकता है, इस तथ्य का उपयोग करके कि उनका रंग pH के साथ बदलता है। एक मानक रंग चार्ट के साथ एक परीक्षण विलयन के रंग की दृश्य तुलना pH को निकटतम पूर्ण संख्या में मापने का साधन प्रदान करती है। वर्णमापक (रसायन विज्ञान) या स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का उपयोग करके रंग को स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक रूप से मापा जाता है तो अधिक सटीक माप संभव है। सार्वभौमिक संकेतक कई संकेतकों का मिश्रण होता है जैसे pH 2 से pH 10 तक लगातार रंग परिवर्तन होता है। pH मापने की एक वैकल्पिक विधि एक इलेक्ट्रॉनिक pH मीटर का उपयोग कर रही है, जो सीधे pH-संवेदी इलेक्ट्रोड और एक संदर्भ इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज अंतर को मापता है।

pOH
pOH को कभी-कभी हाइड्रॉक्साइड आयनों की सांद्रता के माप के रूप में OH− प्रयोग किया जाता है, pOH मान pH माप से प्राप्त होते हैं। पानी में हाइड्रॉक्साइड आयनों की सांद्रता हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता से संबंधित है



जहां Kw जल का स्व-आयनीकरण है | जल का स्व-आयनीकरण स्थिरांक है। लघुगणक लेना



तो, कमरे के तापमान पर, pOH ≈ 14 - pH। यद्यपि यह अन्य परिस्थितियों में, जैसे कि क्षारीय मिट्टी की माप में सख्ती से मान्य नहीं है।

गैर-जलीय विलयन
हाइड्रोजन आयन सांद्रता (गतिविधियों) को गैर-जलीय सॉल्वैंट्स में मापा जा सकता है। इन मापों के आधार पर pH मान जलीय pH मानों से भिन्न पैमाने के होते हैं, क्योंकि गतिविधि (रसायन विज्ञान) विभिन्न मानक अवस्थाओं से संबंधित होती है। हाइड्रोजन आयन गतिविधि aH+, परिभाषित किया जा सकता जैसा:

जहाँ μH+ हाइड्रोजन आयन की रासायनिक क्षमता है, चयनित मानक अवस्था में इसकी रासायनिक क्षमता है, R गैस स्थिरांक है और T थर्मोडायनामिक तापमान है। इसलिए, अलग-अलग सॉल्वेटेड प्रोटॉन आयनों जैसे लिओनियम आयनों के कारण विभिन्न पैमानों पर pH मानों की सीधे तुलना नहीं की जा सकती है, जिसके लिए इंटरसॉल्वेंट स्केल की आवश्यकता होती है जिसमें हाइड्रोनियम/लियोनियम आयन के हस्तांतरण गतिविधि गुणांक सम्मलित होते हैं।

pH अम्लता फलन का एक उदाहरण है। अन्य अम्लता कार्यों को परिभाषित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, हैमेट अम्लता फलन, H0 सुपर एसिड के संबंध में विकसित किया गया है।

एकीकृत निरपेक्ष pH पैमाने
2010 में, pH को मापने के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रस्तावित किया गया था, जिसे एकीकृत पूर्ण pH स्केल कहा गया था। यह दृष्टिकोण एक सामान्य संदर्भ मानक को विभिन्न विलयनों में उपयोग करने की अनुमति देता है, चाहे उनकी pH सीमा कुछ भी हो। एकीकृत निरपेक्ष pH स्केल, प्रोटॉन की पूर्ण रासायनिक क्षमता पर आधारित है, जैसा कि लुईस एसिड-बेस सिद्धांत द्वारा परिभाषित किया गया है। यह पैमाने तरल पदार्थ, गैसों और यहां तक कि ठोस पर भी लागू होता है। एकीकृत निरपेक्ष pH पैमाने के लाभों में स्थिरता, सटीकता, और नमूना प्रकार की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए प्रयोज्यता सम्मलित है। यह सटीक और बहुमुखी है क्योंकि यह pH मापन के लिए एक सामान्य संदर्भ मानक के रूप में कार्य करता है। यद्यपि, कार्यान्वयन प्रयास, उपस्थित डेटा, जटिलता और संभावित लागत के साथ संगतता कुछ चुनौतियां हैं।

pH की चरम सीमा
लगभग 2.5 (ca. 0.003 mol/dm3 एसिड) और लगभग 10.5 से ऊपर (ca. 0.0003 mol/dm3 क्षारीय) के लिए विशेष प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है, क्योंकि ग्लास इलेक्ट्रोड का उपयोग करते समय, एनर्नस्ट समीकरण उन स्थितियों में टूट जाता है। विभिन्न कारक इसमें योगदान करते हैं। यह नहीं माना जा सकता है कि तरल जंक्शन क्षमता pH से स्वतंत्र है। इसके अतिरिक्त, अत्यधिक pH का अर्थ है कि विलयन केंद्रित है, इसलिए आयनिक शक्ति भिन्नता से इलेक्ट्रोड क्षमता प्रभावित होती है। उच्च pH पर ग्लास इलेक्ट्रोड क्षारीय त्रुटि से प्रभावित हो सकता है, क्योंकि इलेक्ट्रोड जैसे Na+ और K+ विलयन में केशन की सांद्रता के प्रति संवेदनशील हो जाता है। विशेष रूप से निर्मित इलेक्ट्रोड उपलब्ध हैं जो आंशिक रूप से इन समस्याओं को दूर करते हैं।

खानों या खान अवशेषों से अपवाह कुछ बहुत कम pH मान उत्पन्न कर सकता है।

अनुप्रयोग
शुद्ध जल उदासीन होता है। जब एक एसिड पानी में घुल जाता है, तो pH 7 (25 डिग्री सेल्सियस) से कम होगा। जब क्षार (रसायन विज्ञान), या विशेष रूप से क्षार, पानी में घुल जाता है, तो pH 7 से अधिक होगा। एक प्रबल एसिड का विलयन, जैसे हाइड्रोक्लोरिक एसिड, 1 mol dm−3 की सांद्रता पर का pH 0 होता है।  सोडियम हाइड्रॉक्साइड जैसे प्रबल क्षार का घोल, 1 mol dm−3 सांद्रण का pH 14 है। इस प्रकार, मापा pH मान ज्यादातर 0 से 14 की सीमा में होगा, यद्यपि ऋणात्मक pH मान और 14 से ऊपर के मान पूरी तरह से संभव हैं। चूंकि pH लघुगणकीय पैमाना है, एक pH इकाई का अंतर हाइड्रोजन आयन सांद्रता में दस गुना अंतर के बराबर है।

उदासीनता का pH बिल्कुल 7 (25 डिग्री सेल्सियस) नहीं है, यद्यपि ज्यादातर स्थितियो में यह एक अच्छा सन्निकटन है। उदासीनता को उस स्थिति के रूप में परिभाषित किया जाता है जहां [H+] = [OH−] (या गतिविधियां बराबर हैं)। चूँकि जल का स्व-आयनीकरण इन सान्द्रताओं का गुणनफल धारण करता है [H+] × [OH−] = Kw, यह देखा जा सकता है कि उदासीनता पर $\sqrt{1=[H+] = [OH−] = √Kw}$, या pH = pKw/2. pKw लगभग 14 है लेकिन आयनिक शक्ति और तापमान पर निर्भर करता है, और इसलिए उदासीनता का pH भी करता है। शुद्ध पानी और शुद्ध पानी में सोडियम क्लोराइड का घोल दोनों उदासीन हैं, क्योंकि पानी का स्व-आयनीकरण दोनों आयनों की समान संख्या पैदा करता है। यद्यपि उदासीन NaCl विलयन का pH उदासीन शुद्ध पानी से थोड़ा अलग होगा क्योंकि हाइड्रोजन और हाइड्रॉक्साइड आयनों की गतिविधि आयनिक शक्ति पर निर्भर है, इसलिए Kw आयनिक शक्ति के साथ बदलता रहता है।

अगर शुद्ध पानी हवा के संपर्क में आता है तो यह हल्का अम्लीय हो जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि पानी हवा से कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करता है, जो फिर धीरे-धीरे  बिकारबोनिट और हाइड्रोजन आयनों में परिवर्तित हो जाता है (अनिवार्य रूप से  कार्बोनिक एसिड बनाता है)।

मृदा pH श्रेणी का वर्गीकरण
यूनाइटेड स्टेट्स डिपार्टमेंट ऑफ एग्रीकल्चर प्राकृतिक संसाधन संरक्षण सेवा, पूर्व में मृदा संरक्षण सेवा, मृदा pH श्रेणी को निम्नानुसार वर्गीकृत करती है:

यूरोप में, टॉपसॉइल pH मिट्टी की मूल सामग्री, अपरदन प्रभाव, जलवायु और वनस्पति से प्रभावित होता है। हाल का नक्शा यूरोप में ऊपरी मिट्टी का pH भूमध्यसागरीय, हंगरी, पूर्वी रोमानिया, उत्तरी फ्रांस में क्षारीय मिट्टी को दर्शाता है। स्कैंडिनेवियाई देशों, पुर्तगाल, पोलैंड और उत्तरी जर्मनी में अधिक अम्लीय मिट्टी है।

मिट्टी का pH मापना
क्षेत्र में मिट्टी विषम कोलाइडल प्रणाली है जिसमें रेत, गाद, मिट्टी, सूक्ष्मजीव, पौधों की जड़ें, और असंख्य अन्य जीवित कोशिकाएं और सड़ने वाले कार्बनिक पदार्थ सम्मलित हैं। मृदा pH एक मास्टर चर है जो असंख्य प्रक्रियाओं और मिट्टी और पर्यावरण वैज्ञानिकों, किसानों और इंजीनियरों के हित के गुणों को प्रभावित करता है। H+ की सांद्रता की मात्रा निर्धारित करने के लिए इस तरह की जटिल प्रणाली में, किसी दिए गए मिट्टी के क्षितिज से मिट्टी के नमूने प्रयोगशाला में लाए जाते हैं, जहां उन्हें विश्लेषण से पहले समरूप, छलनी और कभी-कभी सुखाया जाता है। मिट्टी का एक द्रव्यमान (उदाहरण के लिए, 5 ग्राम क्षेत्र-नम क्षेत्र की स्थितियों का सर्वोत्तम प्रतिनिधित्व करने के लिए) को आसुत जल या 0.01 M CaCl के घोल में मिलाया जाता है।2 (उदाहरण के लिए, 10 एमएल)। अच्छी तरह से मिलाने के बाद, निलंबन को जोर से हिलाया जाता है और 15-20 मिनट तक खड़े रहने दिया जाता है, इस दौरान, रेत और गाद के कण बाहर निकल जाते हैं और मिट्टी और अन्य कोलाइड पानी में निलंबित रहते हैं, जिसे जलीय चरण के रूप में जाना जाता है। pH मीटर से जुड़े एक pH इलेक्ट्रोड को जलीय चरण के ऊपरी हिस्से में डालने से पहले ज्ञात pH (उदाहरण के लिए, pH 4 और 7) के बफ़र्ड विलयनों के साथ कैलिब्रेट किया जाता है और pH को मापा जाता है। एक संयोजन pH इलेक्ट्रोड दोनों H+ को सम्मलित करता है, सेंसिंग इलेक्ट्रोड (ग्लास इलेक्ट्रोड) और एक संदर्भ इलेक्ट्रोड जो pH-असंवेदनशील संदर्भ वोल्टेज और हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड को एक नमक पुल प्रदान करता है। अन्य विन्यासों में, कांच और संदर्भ इलेक्ट्रोड अलग-अलग होते हैं और दो बंदरगाहों में pH मीटर से जुड़े होते हैं। pH मीटर दो इलेक्ट्रोड के बीच संभावित (वोल्टेज) अंतर को मापता है और इसे pH में परिवर्तित करता है। अलग संदर्भ इलेक्ट्रोड सामान्यतः कैलोमेल इलेक्ट्रोड होता है, संयोजन इलेक्ट्रोड में सिल्वर-सिल्वर क्लोराइड इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है।

उपरोक्त तरीके से मिट्टी के pH को परिचालन रूप से परिभाषित करने में कई अनिश्चितताएं हैं। चूंकि कांच और संदर्भ इलेक्ट्रोड के बीच एक विद्युत संभावित अंतर मापा जाता है, H+ की गतिविधि वास्तव में सांद्रता के अतिरिक्त परिमाणित किया जा रहा है। H+ गतिविधि को कभी-कभी प्रभावी H+ कहा जाता है, सांद्रता और सीधे प्रोटॉन की रासायनिक क्षमता और ठोस चरणों के साथ संतुलन में मिट्टी के घोल में रासायनिक और विद्युत कार्य करने की क्षमता से संबंधित है। मिट्टी और कार्बनिक पदार्थ के कण अपनी सतहों पर ऋणात्मक आवेश रखते हैं, और H+ इनकी ओर आकर्षित आयन H+ के साथ साम्यावस्था में होते हैं, मिट्टी के घोल में आयन हैं। परिभाषा के अनुसार, मापा pH केवल जलीय चरण में निर्धारित किया जाता है, लेकिन प्राप्त मूल्य मिट्टी के कोलाइड्स की उपस्थिति और प्रकृति और जलीय चरण की आयनिक शक्ति से प्रभावित होता है। घोल में पानी-से-मिट्टी के अनुपात को बदलने से पानी-कोलाइड संतुलन, विशेष रूप से आयनिक शक्ति को परेशान करके pH को बदल सकते हैं। 0.01 M CaCl2 का उपयोग पानी के अतिरिक्त पानी से मिट्टी के अनुपात के इस प्रभाव को कम करता है और मिट्टी के pH का अधिक सुसंगत सन्निकटन देता है जो पौधे की जड़ वृद्धि, राइजोस्फीयर और माइक्रोबियल गतिविधि, जल निकासी जल अम्लता और मिट्टी में रासायनिक प्रक्रियाओं से संबंधित है। 0.01 M CaCl2 का उपयोग करना सभी घुलनशील आयनों को जलीय चरण में कोलाइडयन सतहों के करीब लाता है, और H+ की अनुमति देता है उनके करीब मापी जाने वाली गतिविधि। 0.01 M CaCl2 का उपयोग करना विलयन जिससे H+  गतिविधि के अधिक सुसंगत, मात्रात्मक अनुमान की अनुमति मिलती है, खासकर यदि विविध मिट्टी के नमूनों की तुलना स्थान और समय में की जा रही हो।

प्रकृति में pH
pH-निर्भर पौधे रंजक जिनका उपयोग pH संकेतक के रूप में किया जा सकता है, कई पौधों में पाए जाते हैं, जिनमें हिबिस्कुस, लाल गोभी (एंथोसायनिन) और अंगूर (लाल शराब) सम्मलित हैं। खट्टे फलों का रस मुख्य रूप से अम्लीय होता है क्योंकि इसमें साइट्रस एसिड होता है। अन्य कार्बोज़ाइलिक तेजाब कई जीवित प्रणालियों में पाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, दुग्धाम्ल मांसपेशियों की गतिविधि द्वारा निर्मित होता है। एडेनोसाइन ट्राइ फास्फेट जैसे फॉस्फेट डेरिवेटिव्स के  प्रोटोनेशन की स्थिति pH-निर्भर है। ऑक्सीजन-परिवहन एंजाइम  हीमोग्लोबिन की कार्यप्रणाली pH द्वारा रूट प्रभाव के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया से प्रभावित होती है।

समुद्री जल
समुद्री जल का pH सामान्यतः 7.4 और 8.5 के बीच की सीमा तक सीमित होता है। यह महासागर के कार्बन चक्र महासागर में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, और कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन के कारण चल रहे महासागर अम्लीकरण के प्रमाण हैं। यद्यपि, pH माप समुद्री जल की रासायनिक संपत्ति से जटिल है, और रासायनिक समुद्री विज्ञान में कई अलग pH पैमाने उपस्थित हैं।

समुद्र विज्ञान में तीन pH पैमाने

pH पैमाने की अपनी परिचालन परिभाषा के हिस्से के रूप में, आईयूपीएसी pH मानों की एक श्रृंखला में बफर विलयनों की एक श्रृंखला को परिभाषित करता है (प्रायः राष्ट्रीय मानक ब्यूरो (एनबीएस) या राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (एनआईएसटी) पदनाम के साथ चिह्नित)। समुद्री जल (≈0.7) की तुलना में इन विलयनों में अपेक्षाकृत कम आयनिक शक्ति (≈0.1) होती है, और परिणामस्वरूप, समुद्री जल के pH को चिह्नित करने में उपयोग के लिए अनुशंसित नहीं किया जाता है, क्योंकि आयनिक शक्ति के अंतर मानक इलेक्ट्रोड में परिवर्तन का कारण बनते हैं। इस समस्या को हल करने के लिए  कृत्रिम समुद्री जल पर आधारित बफ़र्स की एक वैकल्पिक श्रृंखला विकसित की गई थी। यह नई श्रृंखला नमूनों और बफ़र्स के बीच आयनिक शक्ति के अंतर की समस्या को हल करती है, और नए pH पैमाने को 'कुल पैमाने' के रूप में संदर्भित किया जाता है, जिसे प्रायः pHT के रूप में दर्शाया जाता है। सल्फेट आयनों वाले माध्यम का उपयोग करके कुल पैमाने को परिभाषित किया गया था। ये आयन प्रोटोनेशन का अनुभव करते हैं, H+ +, जैसे कि कुल पैमाने में दोनों  प्रोटॉन (मुक्त हाइड्रोजन आयन) और हाइड्रोजन सल्फेट आयनों का प्रभाव सम्मलित है:


 * [H+]T = [H+]F + []

एक वैकल्पिक पैमाना, 'फ्री स्केल', जिसे प्रायः 'pHF ' कहा जाता है, इस विचार को छोड़ देता है और केवल [H+]F, सिद्धांत रूप में इसे हाइड्रोजन आयन सांद्रता का एक सरल प्रतिनिधित्व बनाते हैं। केवल [H+]T निर्धारित किया जा सकता है, इसलिए [H+]F का उपयोग करके [] और , K$
 * S$ की स्थिरता स्थिरांक अनुमान लगाया जाना चाहिए


 * [H+]F = [H+]T − [] = [H+]T ( 1 + [] / K $
 * S$ )−1

यद्यपि, K $
 * S$ का अनुमान लगाना कठिन है समुद्री जल में, अन्यथा अधिक सीधे मुक्त पैमाने की उपयोगिता को सीमित करना है।

एक अन्य पैमाना, जिसे 'समुद्री जल पैमाना' के रूप में जाना जाता है, प्रायः 'pHSWS ' को दर्शाता है, हाइड्रोजन आयनों और फ्लोराइड आयनों के बीच एक और प्रोटोनेशन संबंध को ध्यान में रखता है, H+ + F- ⇌ HF के लिए [H+]SWS निम्नलिखित अभिव्यक्ति में परिणाम है:


 * [H+]SWS = [H+]F + [] + [HF]

यद्यपि, इसके अतिरिक्त जटिलता पर विचार करने का लाभ माध्यम में फ्लोराइड की प्रचुरता पर निर्भर है। समुद्री जल में, उदाहरण के लिए, सल्फेट आयन फ्लोराइड की तुलना में बहुत अधिक सांद्रता (>400 गुना) पर होते हैं। नतीजतन, अधिकांश व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, कुल और समुद्री जल के पैमाने के बीच का अंतर बहुत छोटा है।

निम्नलिखित तीन समीकरण pH के तीन पैमानों को संक्षेप में प्रस्तुत करते हैं:


 * pHF = −log [H+]F
 * pHT = −log([H+]F + [HSO−4]) = −log[H+]T
 * pHSWS = −log(H+]F + [HSO−4] + [HF]) = −log[v]SWS

व्यावहारिक रूप से, तीन समुद्री जल pH स्केल उनके मूल्यों में 0.10 pH इकाइयों तक भिन्न होते हैं, अंतर जो सामान्यतः आवश्यक pH माप की सटीकता से बहुत अधिक होते हैं, विशेष रूप से, महासागर के कुल अकार्बनिक कार्बन के संबंध में हैं। चूंकि यह सल्फेट और फ्लोराइड आयनों के विचार को छोड़ देता है, मुक्त पैमाना कुल और समुद्री जल दोनों पैमानों से काफी अलग है। फ्लोराइड आयन के सापेक्ष महत्वहीन होने के कारण, कुल और समुद्री जल के पैमाने में बहुत कम अंतर होता है।

लिविंग सिस्टम

 * {| class="wikitable"

! Compartment ! pH विभिन्न सेलुलर डिब्बों, शरीर के तरल पदार्थ और अंगों के pH को सामान्यतः एसिड-बेस समस्थिति नामक प्रक्रिया में कसकर नियंत्रित किया जाता है। एसिड-बेस होमियोस्टेसिस में सबसे समान्य विकार अम्लरक्तता है, जिसका मतलब है कि शरीर में एसिड अधिभार, सामान्यतः pH 7.35 से नीचे गिरने से परिभाषित होता है। इसके विपरीत, क्षारता की विशेषता अत्यधिक उच्च रक्त pH है।
 * +जीवित प्रणालियों में pH
 * गैस्ट्रिक अम्ल || 1.5–3.5
 * लाइसोसोम || 4.5
 * मानव त्वचा || 4.7
 * क्रोमैफिन कोशिकाओं के दाने|| 5.5
 * युरिन || 6.0
 * साइटोसोल || 7.2
 * रक्त (साधारण pH) || 7.34–7.45
 * मस्तिष्कमेरु द्रव (CSF) || 7.5
 * माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स || 7.5
 * अग्न्याशय स्राव|| 8.1
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 * साइटोसोल || 7.2
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रक्त का pH सामान्यतः pH 7.365 के मान के साथ थोड़ा बुनियादी होता है। जीव विज्ञान और चिकित्सा में इस मान को प्रायः शारीरिक pH के रूप में जाना जाता है। दांतों की मैल एक स्थानीय अम्लीय वातावरण बना सकती है जिसके परिणामस्वरूप अखनिजीकरण द्वारा दंत क्षय हो सकता है। एनजाइम और अन्य प्रोटीन में इष्टतम pH रेंज होती है और इस सीमा के बाहर निष्क्रिय या  विकृतीकरण (जैव रसायन) हो सकता है।

pH की गणना
अम्ल और/या क्षार युक्त विलयन के pH की गणना संतुलन स्थिरांकों के निर्धारण का एक उदाहरण है। प्रजातीकरण गणना, अर्थात, विलयन में उपस्थित सभी रासायनिक प्रजातियों की सांद्रता की गणना के लिए गणितीय प्रक्रिया है। प्रक्रिया की जटिलता विलयन की प्रकृति पर निर्भर करती है। कठोर अम्ल और क्षार के लिए चरम स्थितियों को छोड़कर कोई गणना आवश्यक नहीं है। एक अशक्त एसिड वाले विलयन के pH को द्विघात समीकरण के विलयन की आवश्यकता होती है। अशक्त आधार वाले विलयन के pH को घन समीकरण के विलयन की आवश्यकता हो सकती है। सामान्य स्थितियों में गैर-रैखिक एक साथ समीकरणों के एक सेट के विलयन की आवश्यकता होती है।

एक जटिल कारक यह है कि पानी स्वयं एक अशक्त अम्ल और एक अशक्त आधार है (देखें उभयधर्मिता)। यह संतुलन के अनुसार पानी का स्व-आयनीकरण करता है
 * 2 H2O <-> H3O+ (aq) + OH- (aq)

एक अम्ल पृथक्करण स्थिरांक के साथ, $K_{w}$ के रूप में परिभाषित किया गया है

जहां [H+] जलीय हाइड्रोनियम आयन और [OH की सांद्रता के लिए खड़ा है−]  हाइड्रोक्साइड आयन की सांद्रता का प्रतिनिधित्व करता है। इस संतुलन को उच्च pH पर ध्यान में रखा जाना चाहिए और जब विलेय की सघनता बेहद कम हो।

प्रबल अम्ल और क्षार
प्रबल अम्ल और प्रबल क्षार ऐसे यौगिक हैं जो व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए जल में पूर्णतया वियोजित होते हैं। सामान्य परिस्थितियों में इसका अर्थ है कि अम्लीय विलयन में हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता अम्ल की सांद्रता के बराबर ली जा सकती है। pH तब सांद्रता मूल्य के लघुगणक के बराबर होता है। हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl) प्रबल अम्ल का एक उदाहरण है। HCl के 0.01M विलयन का 2 (pH = −log10(0.01)) के बराबर होता है। सोडियम हाइड्रोक्साइड, NaOH, एक प्रबल आधार का उदाहरण है। NaOH के 0.01M विलयन का 2 (pOH = −log10(0.01)) के बराबर है। उपरोक्त pOH खंड में pOH की परिभाषा से, इसका मतलब है कि pH लगभग 12 के बराबर है। उच्च सांद्रता पर सोडियम हाइड्रॉक्साइड के विलयन के लिए स्व- आयनीकरण संतुलन को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

सांद्रता बेहद कम होने पर स्व-आयनीकरण पर भी विचार किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, 5×10−8M की सांद्रता पर हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के विलयन पर विचार करें। ऊपर दी गई सरल प्रक्रिया से पता चलता है कि इसका pH 7.3 है। यह स्पष्ट रूप से गलत है क्योंकि एक एसिड विलयन का pH 7 से कम होना चाहिए। सिस्टम को हाइड्रोक्लोरिक एसिड और उभयधर्मी पदार्थ पानी के मिश्रण के रूप में मानने पर 6.89 का pH परिणाम मिलता है।

अशक्त अम्ल और क्षार
एक अशक्त एसिड या एक अशक्त आधार के संयुग्मित एसिड को उसी औपचारिकता का उपयोग करके इलाज किया जा सकता है। सबसे पहले, एक अम्ल पृथक्करण स्थिरांक को निम्नानुसार परिभाषित किया गया है। व्यापकता के लिए बाद के समीकरणों से विद्युत आवेशों को छोड़ दिया जाता है
 * अम्ल HA: HA <-> H+ + A-
 * बेस A: HA+ <-> H+ + A

और इसका मूल्य प्रयोग द्वारा निर्धारित किया गया माना जाता है। ऐसा होने पर, [HA], [H+] और [A−] गणना द्वारा निर्धारित करने के लिए, तीन अज्ञात सांद्रताएं हैं। दो अतिरिक्त समीकरणों की जरूरत है। उन्हें प्रदान करने का एक तरीका दो अभिकर्मकों H और A के संदर्भ में बड़े पैमाने पर संरक्षण के कानून को लागू करना है।

C, विश्लेषणात्मक सांद्रता के लिए खड़ा है। कुछ पाठों में, एक द्रव्यमान संतुलन समीकरण को आवेश संतुलन के समीकरण से बदल दिया जाता है। यह इस तरह के साधारण स्थितियो के लिए संतोषजनक है, लेकिन नीचे दिए गए अधिक जटिल स्थितियो पर लागू करना अधिक कठिन है। K को परिभाषित करने वाले समीकरण के साथa, अब तीन अज्ञात में तीन समीकरण हैं। जब अम्ल CA = CH = Ca को जल में घोला जाता है, इसलिए [A] = [H] अम्ल की सघनता होती है। कुछ और बीजगणितीय हेरफेर के बाद हाइड्रोजन आयन सांद्रता में एक समीकरण प्राप्त किया जा सकता है।

इस द्विघात समीकरण का विलयन हाइड्रोजन आयन सांद्रता देता है और इसलिए p[H] या अधिक अशुद्ध pH है। इस प्रक्रिया को एक आइस टेबल में चित्रित किया गया है, जिसका उपयोग pH की गणना करने के लिए भी किया जा सकता है जब सिस्टम में कुछ अतिरिक्त (प्रबल) एसिड या क्षारीय अर्थात, जब CA ≠ CH को जोड़ा गया है।

उदाहरण के लिए, बेंज़ोइक अम्ल, pKa = 4.19 के 0.01M घोल का pH क्या है?

क्षारीय विलयनों के लिए हाइड्रोजन के द्रव्यमान-संतुलन समीकरण में एक अतिरिक्त शब्द जोड़ा जाता है। चूँकि हाइड्रॉक्साइड के अतिरिक्त हाइड्रोजन आयन सांद्रता को कम करता है, और हाइड्रॉक्साइड आयन सांद्रता स्व-आयनीकरण संतुलन के बराबर होने के लिए विवश है
 * चरण 1: $$K_a = 10^{-4.19} = 6.46\times10^{-5}$$
 * चरण 2: द्विघात समीकरण स्थापित करें।
 * चरण 3: द्विघात समीकरण को हल करें।

इस स्थिति में [H] में परिणामी घन समीकरण है।

सामान्य विधि
कुछ प्रणालियाँ, जैसे कि पॉलीप्रोटिक एसिड के साथ, स्प्रेडशीट गणनाओं के लिए उत्तरदायी हैं। तीन या अधिक अभिकर्मकों के साथ या जब सामान्य सूत्रों जैसे ApBqHr के साथ कई परिसर बनते हैं, किसी विलयन के pH की गणना करने के लिए निम्नलिखित सामान्य विधि का उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, तीन अभिकर्मकों के साथ, प्रत्येक संतुलन की विशेषता एक संतुलन स्थिरांक, β होती है।

अगला, प्रत्येक अभिकर्मक के लिए जन-संतुलन समीकरण लिखें: ध्यान दें कि इन समीकरणों में कोई सन्निकटन सम्मलित नहीं है, अतिरिक्त इसके कि प्रत्येक स्थिरता स्थिरांक को सांद्रता के भागफल के रूप में परिभाषित किया जाता है, गतिविधियों के रूप में नहीं। यदि गतिविधियों का उपयोग किया जाना है तो बहुत अधिक जटिल अभिव्यक्तियों की आवश्यकता होती है।

तीन अज्ञात, [ए], [बी] और [एच] में 3 गैर-रैखिक एक साथ समीकरण हैं। क्योंकि समीकरण गैर-रैखिक हैं, और क्योंकि सांद्रता 10 की कई शक्तियों पर हो सकती है, इन समीकरणों का विलयन सीधा नहीं है। यद्यपि, कई कंप्यूटर प्रोग्राम उपलब्ध हैं जिनका उपयोग इन गणनाओं को करने के लिए किया जा सकता है। तीन से अधिक अभिकर्मक हो सकते हैं। हाइड्रोजन आयन सांद्रता की गणना, इस औपचारिकता का उपयोग करते हुए, पोटेंशियोमेट्रिक अनुमापन द्वारा संतुलन स्थिरांक के निर्धारण में प्रमुख तत्व है।

यह भी देखें

 * pH संकेतक
 * धमनी रक्त गैस
 * रासायनिक संतुलन
 * p
 * pKa