पीएच (pH): Difference between revisions

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 पीएच वाले विलयन उदासीन होते हैं (यानी H+ की समान सांद्रता, आयन OH− के रूप में आयन, यानी [[ शुद्ध पानी ]]) होती है। पीएच का अनावेशी मान तापमान पर निर्भर करता है और 7 से कम है यदि तापमान 25 °c से अधिक बढ़ जाता है। पीएच मान बहुत केंद्रित एसिड ताकत के लिए 0 से कम हो सकता है, या बहुत केंद्रित आधार (रसायन विज्ञान) मजबूत आधारों के लिए 14 से अधिक हो सकता है।<ref>{{cite journal | last1 = Lim | first1 = Kieran F. | year = 2006 | title = Negative pH Does Exist | journal = Journal of Chemical Education | volume = 83 | issue = 10 | pages = 1465 | doi=10.1021/ed083p1465| bibcode = 2006JChEd..83.1465L | doi-access = free }}</ref>

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 मजबूत क्षारीय की ज्ञात सांद्रता के विलयन के साथ मजबूत 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।<ref>{{cite journal|  volume=42 |doi=10.1021/ed042p375| last=Rossotti| first=F.J.C.|author2=Rossotti, H.|year=1965|title=Potentiometric titrations solution containing the background electrolyte. |journal=J. Chem. Educ.}}</ref> इस प्रकार, इस प्रक्रिया का उपयोग करने का प्रभाव गतिविधि को सांद्रता के संख्यात्मक मान के बराबर बनाना है।

लगभग 2.5 (ca. 0.003 mol/dm³ एसिड) और लगभग 10.5 से ऊपर (ca. 0.0003 mol/dm³ एल्कलाइन) 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 | तरल जंक्शन क्षमता]] पीएच से स्वतंत्र है।<ref name="Feldman">{{cite journal|doi=10.1021/ac60120a014|title=Use and Abuse of pH measurements|journal=Analytical Chemistry|author=Feldman, Isaac |volume=28|pages=1859–1866|year=1956|issue=12}}</ref> इसके अतिरिक्त, अत्यधिक पीएच का अर्थ है कि विलयन केंद्रित है, इसलिए आयनिक शक्ति भिन्नता से इलेक्ट्रोड क्षमता प्रभावित होती है। उच्च पीएच पर ग्लास इलेक्ट्रोड क्षारीय त्रुटि से प्रभावित हो सकता है, क्योंकि इलेक्ट्रोड जैसे {{chem2|Na+}} और {{chem2|K+}} विलयन में केशन की सांद्रता के प्रति संवेदनशील हो जाता है।<ref>{{VogelQuantitative}}, Section 13.19 The glass electrode</ref> विशेष रूप से निर्मित इलेक्ट्रोड उपलब्ध हैं जो आंशिक रूप से इन समस्याओं को दूर करते हैं।

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

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

{{See also|Ocean acidification}}

[[ समुद्री जल | समुद्री जल]] का पीएच सामान्यतः 7.4 और 8.5 के बीच की सीमा तक सीमित होता है।<ref name="Chester Marine Geochem">{{cite book|last=Chester, Jickells|first=Roy, Tim|title=Marine Geochemistry|date=2012|publisher=Blackwell Publishing|isbn=978-1-118-34907-6}}</ref> 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 | महासागर अम्लीकरण]] के प्रमाण हैं।<ref name="raven05">{{cite book| author=Royal Society |url= http://dge.stanford.edu/labs/caldeiralab/Caldeira%20downloads/RoyalSociety_OceanAcidification.pdf|year=2005|title=Ocean acidification due to increasing atmospheric carbon dioxide|isbn=978-0-85403-617-2|url-status=live|archive-url= https://web.archive.org/web/20100716000207/http://dge.stanford.edu/labs/caldeiralab/Caldeira%20downloads/RoyalSociety_OceanAcidification.pdf|archive-date=16 July 2010}}</ref> यद्यपि, पीएच माप समुद्री जल की रासायनिक संपत्ति से जटिल है, और रासायनिक समुद्री विज्ञान में कई अलग पीएच पैमाने मौजूद हैं।<ref name="zeebe">Zeebe, R. E. and Wolf-Gladrow, D. (2001) ''CO₂ in seawater: equilibrium, kinetics, isotopes'', Elsevier Science B.V., Amsterdam, Netherlands {{ISBN|0-444-50946-1}}</ref>

पीएच पैमाने की अपनी परिचालन परिभाषा के हिस्से के रूप में, आईयूपीएसी पीएच मानों की एक श्रृंखला में बफर विलयनों की एक श्रृंखला को परिभाषित करता है (प्रायः [[ राष्ट्रीय मानक ब्यूरो | 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 पीएच 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। क्षमता। इस समस्या को हल करने के लिए [[ कृत्रिम समुद्री जल | कृत्रिम समुद्री जल]] पर आधारित बफ़र्स की एक वैकल्पिक श्रृंखला विकसित की गई थी।<ref>{{cite journal|doi=10.1016/0011-7471(73)90101-0|author=Hansson, I.|year=1973|title=A new set of pH-scales and standard buffers for seawater|journal=Deep-Sea Research|volume=20|pages=479–491| issue= 5| bibcode= 1973DSRA...20..479H}}</ref> यह नई श्रृंखला नमूनों और बफ़र्स के बीच आयनिक शक्ति के अंतर की समस्या को हल करती है, और नए पीएच पैमाने को 'कुल पैमाने' के रूप में संदर्भित किया जाता है, जिसे प्रायः पीएच के रूप में दर्शाया जाता है।_T. [[ सल्फेट | सल्फेट]] आयनों वाले माध्यम का उपयोग करके कुल पैमाने को परिभाषित किया गया था। ये आयन प्रोटोनेशन का अनुभव करते हैं, {{chem2|H+}} + {{chem|SO|4|2-| ↔ HSO|4|-}}, जैसे कि कुल पैमाने में दोनों [[ प्रोटॉन | प्रोटॉन]] (मुक्त हाइड्रोजन आयन) और हाइड्रोजन सल्फेट आयनों का प्रभाव सम्मलित है:

एक वैकल्पिक पैमाना, 'फ्री स्केल', जिसे प्रायः 'पीएच' कहा जाता है_F', इस विचार को छोड़ देता है और केवल [{{chem2|H+}}]_F, सिद्धांत रूप में इसे हाइड्रोजन आयन सांद्रता का एक सरल प्रतिनिधित्व बनाते हैं। केवल [{{chem2|H+}}]_T निर्धारित किया जा सकता है,<ref>{{cite journal| doi=10.1016/0016-7037(84)90225-4| author=Dickson, A. G.|year=1984|title=pH scales and proton-transfer reactions in saline media such as sea water|journal=Geochim. Cosmochim. Acta|volume=48|pages=2299–2308|issue=11|bibcode = 1984GeCoA..48.2299D }}</ref> इसलिए [{{chem2|H+}}]_F का उपयोग करके अनुमान लगाया जाना चाहिए [{{chem|SO|4|2-}}] और की स्थिरता स्थिरांक {{chem|HSO|4|-}}, {{nowrap|1=K{{su|b=S|p=*}}}}:

:[{{chem2|H+}}]_F = [{{chem2|H+}}]_T − [{{chem|HSO|4|-}}] = [{{chem2|H+}}]_T ( 1 + [{{chem|SO|4|2-}}] / क{{su|b=S|p=*}} )^-1

यद्यपि, K का अनुमान लगाना कठिन है{{su|b=S|p=*}} समुद्री जल में, अन्यथा अधिक सीधे मुक्त पैमाने की उपयोगिता को सीमित करना।

एक अन्य पैमाना, जिसे 'समुद्री जल पैमाना' के रूप में जाना जाता है, प्रायः 'पीएच' को दर्शाता है_SWS', हाइड्रोजन आयनों और [[ फ्लोराइड | फ्लोराइड]] आयनों के बीच एक और प्रोटोनेशन संबंध को ध्यान में रखता है, {{chem2|H+}} + {{chem2|F-}} ⇌ एचएफ। के लिए निम्नलिखित अभिव्यक्ति में परिणाम [{{chem2|H+}}]_SWS:

:[{{chem2|H+}}]_SWS = [{{chem2|H+}}]_F + [{{chem|HSO|4|-}}] + [एचएफ]

यद्यपि, इस 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।

: पीएच_F = -लॉग [{{chem2|H+}}]_F

: पीएच_T = −लॉग([{{chem2|H+}}]_F + [{{chem|HSO|4|-}}]) = -लॉग{{hsp}}[{{chem2|H+}}]_T

: पीएच_SWS = - लॉग ({{chem2|H+}}]_F + [{{chem|HSO|4|-}}] + [एचएफ]) = -लॉग{{hsp}}[में]_SWS

व्यावहारिक रूप से, तीन समुद्री जल पीएच स्केल उनके मूल्यों में 0.10 पीएच इकाइयों तक भिन्न होते हैं, अंतर जो सामान्यतः आवश्यक पीएच माप की सटीकता से बहुत अधिक होते हैं, विशेष रूप से, महासागर के [[ कुल अकार्बनिक कार्बन | कुल अकार्बनिक कार्बन]] के संबंध में।<ref name="zeebe" />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।

|+pH in living systems<ref name="Boron2012">{{cite book |last1=Boron |first1=Walter, F. |url= https://www.google.co.in/books/edition/_/54mxMgO5H_YC?hl=en&gbpv=1&dq=pH%20in%20living%20systems&pg=PA652 |title=Medical Physiology: A Cellular And Molecular Approach |last2=Boulpaep |first2=Emile L. |date=13 January 2012 |publisher=[[Elsevier Health Sciences]], Saunders |isbn=9781455711819 |pages=652–671 |oclc=1017876653 |access-date=8 May 2022 |archive-date=8 May 2022 |archive-url=https://web.archive.org/web/20220508051939/https://www.google.co.in/books/edition/_/54mxMgO5H_YC?hl=en&gbpv=1&dq=pH+in+living+systems&pg=PA652 |url-status=live |edition=2nd }}</ref>

| [[Gastric acid]] || 1.5–3.5<ref>{{cite book |last1=Marieb |first1=Elaine N. |url=https://www.google.co.in/books/edition/_/BxDfnQEACAAJ?hl=en |title=Human anatomy & physiology |last2=Mitchell |first2=Susan J. |date=30 June 2011 |publisher=[[Benjamin Cummings]] |isbn=9780321735287 |location=San Francisco |access-date=8 May 2022 |archive-date=8 May 2022 |archive-url=https://web.archive.org/web/20220508051937/https://www.google.co.in/books/edition/_/BxDfnQEACAAJ?hl=en |url-status=live }}</ref>

| [[Lysosome]]s || 4.5<ref name="Boron2012" />

| [[Human skin]] || 4.7<ref>{{Cite journal|last1=Lambers|first1=H.|last2=Piessens|first2=S.|last3=Bloem|first3=A.|last4=Pronk|first4=H.|last5=Finkel|first5=P.|date=2006-10-01|url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1467-2494.2006.00344.x|url-status=live|title=Natural skin surface pH is on average below 5, which is beneficial for its resident flora|journal=International Journal of Cosmetic Science| volume= 28 |issue= 5|pages=359–370|doi=10.1111/j.1467-2494.2006.00344.x|issn=1468-2494|pmid=18489300|s2cid=25191984|access-date=8 May 2022|archive-date=21 March 2022|archive-url= https://web.archive.org/web/20220321033318/https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1467-2494.2006.00344.x}}</ref>

| Granules of [[chromaffin cell]]s || 5.5

| [[Urine]] || 6.0

| [[Cytosol]] || 7.2

| [[Blood]] (natural pH) || 7.34–7.45<ref name="Boron2012" />

| [[Cerebrospinal fluid]] (CSF) || 7.5

| [[Mitochondrial matrix]] || 7.5

| [[Pancreas]] secretions || 8.1

विभिन्न सेलुलर डिब्बों, [[ शरीर के तरल पदार्थ | शरीर के तरल पदार्थ]] और अंगों के पीएच को सामान्यतः एसिड-बेस [[ समस्थिति | समस्थिति]] नामक प्रक्रिया में कसकर नियंत्रित किया जाता है। एसिड-बेस होमियोस्टेसिस में सबसे समान्य विकार [[ अम्लरक्तता | अम्लरक्तता]] है, जिसका मतलब है कि शरीर में एसिड अधिभार, सामान्यतः पीएच 7.35 से नीचे गिरने से परिभाषित होता है। क्षारीयता विपरीत स्थिति है, रक्त पीएच अत्यधिक उच्च होने के साथ।

 

रक्त का पीएच सामान्यतः पीएच 7.365 के मान के साथ थोड़ा बुनियादी होता है। जीव विज्ञान और चिकित्सा में इस मान को प्रायः शारीरिक पीएच 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 | एनजाइम]] और अन्य [[ प्रोटीन | प्रोटीन]] में इष्टतम पीएच रेंज होती है और इस सीमा के बाहर निष्क्रिय या [[ विकृतीकरण (जैव रसायन) | विकृतीकरण (जैव रसायन)]] हो सकता है।

 

अम्ल और/या क्षार युक्त विलयन के pH की गणना संतुलन स्थिरांकों के निर्धारण का एक उदाहरण है#प्रजातीकरण गणना, अर्थात, विलयन में मौजूद सभी रासायनिक प्रजातियों की सांद्रता की गणना के लिए एक गणितीय प्रक्रिया। 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 कमजोर एसिड वाले विलयन के पीएच को [[ द्विघात समीकरण | द्विघात समीकरण]] के विलयन की आवश्यकता होती है। कमजोर आधार वाले विलयन के पीएच को [[ घन समीकरण | घन समीकरण]] के विलयन की आवश्यकता हो सकती है। सामान्य मामले में गैर-रैखिक एक साथ समीकरणों के एक सेट के विलयन की आवश्यकता होती है।

एक जटिल कारक यह है कि पानी स्वयं एक कमजोर अम्ल और एक कमजोर आधार है (देखें उभयधर्मिता)। यह संतुलन के अनुसार पानी का स्व-आयनीकरण करता है

जहां [एच⁺] जलीय [[ हाइड्र