पीएच (pH): Difference between revisions

Revision as of 11:19, 5 June 2023

रसायन विज्ञान में, पीएच (/piːˈeɪtʃ/), ऐतिहासिक रूप से हाइड्रोजन (या हाइड्रोजन की क्षमता) को दर्शाता है।^[1] 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 पीएच मान के लिए मापा जाता है।

पीएच स्केल लघुगणकीय पैमाने है और विलयन में हाइड्रोनियम की सांद्रता को व्युत्क्रम रूप से इंगित करता है।^[2]

{\ce {pH}}=-\log(a_{\ce {H+}})=-\log([{\ce {H+}}]/{\ce {M}})

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) प्रबल आधारों के लिए 14 से अधिक हो सकता है।^[3]

पीएच स्केल मानक विलयनों के एक सेट के लिए मापन ट्रेसबिलिटी है जिसका पीएच अंतरराष्ट्रीय समझौते द्वारा स्थापित किया गया है।^[4] हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड और सिल्वर क्लोराइड इलेक्ट्रोड जैसे मानक इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर को मापकर प्राथमिक पीएच मानक मान बिजली उत्पन्न करनेवाली सेल का उपयोग करके निर्धारित किए जाते हैं। जलीय घोल के पीएच को ग्लास इलेक्ट्रोड और पी एच मीटर या रंग बदलने वाले पीएच संकेतक से मापा जा सकता है। रसायन विज्ञान, कृषि विज्ञान, चिकित्सा, जल उपचार और कई अन्य अनुप्रयोगों में पीएच के मापन महत्वपूर्ण हैं।

इतिहास

पीएच की अवधारणा सबसे पहले 1909 में कार्ल्सबर्ग प्रयोगशाला में डेनिश केमिस्ट सरेन पीटर लॉरिट्ज सोरेनसेन द्वारा पेश की गई थी।^[5] और 1924 में विद्युत रासायनिक कोशिकाओं के संदर्भ में परिभाषाओं और मापों को समायोजित करने के लिए आधुनिक पीएच में संशोधित किया गया था। पहले पत्रों में, अंकन में एच^• लोअरकेस p के सबस्क्रिप्ट के रूप में, इस प्रकार: p_H•।

साइन पी के लिए, मैं नाम 'हाइड्रोजन आयन एक्सपोनेंट' और प्रतीक pH• प्रस्तावित करता हूं। फिर, हाइड्रोजन आयन घातांक के लिए (p_H•) एक विलयन के, संबंधित हाइड्रोजन आयन समतुल्य सांद्रता के सामान्य लघुगणक के ऋणात्मक मान को समझना है।^[5]
pH में अक्षर p का सटीक अर्थ विवादित है, क्योंकि सॉरेन्सन ने यह स्पष्ट नहीं किया कि उन्होंने इसका उपयोग क्यों किया।^[6] सॉरेन्सन संभावित अंतरों का उपयोग करके पीएच 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 शुरू 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।^[7] कुछ साहित्य सूत्रों का कहना है कि पीएच 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।^[8]^[9]^[10]
वर्तमान में रसायन विज्ञान में, p सामान्य लघुगणक के लिए खड़ा है, और इसका उपयोग pK_a शब्द में भी किया जाता है, अम्ल पृथक्करण स्थिरांक ^[11] और पीओएच, 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 पीएच 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।^[12]^: 10 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।^[12]^: 10
1934 में कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान के एक प्रोफेसर अर्नोल्ड ऑरविल बेकमैन ने पीएच को मापने के लिए पहली इलेक्ट्रानिक्स विधि का आविष्कार किया था।^[13] यह स्थानीय साइट्रस उत्पादक सनकिस्ट ग्रोअर्स, इनकॉर्पोरेटेड के जवाब में था जो नींबू के पीएच का त्वरित परीक्षण करने के लिए एक बेहतर तरीका चाहते थे जो वे अपने आस-पास के बागों से उठा रहे थे।^[14]

परिभाषा और माप

पीएच

विलयन में पीएच को हाइड्रोजन आयन गतिविधि (रसायन विज्ञान) a_H+ के पारस्परिक के दशमलव लघुगणक के रूप में परिभाषित किया गया है।गणितीय रूप से पीएच इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:^[4]

${\ce {pH}}=-\log _{10}(a_{{\ce {H+}}})=\log _{10}\left({\frac {1}{a_{{\ce {H+}}}}}\right)$

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 1/(5×10) है⁻⁶) = 2×10⁵; इस प्रकार इस तरह के विलयन में लॉग का पीएच होता है₁₀(2×10⁵) = 5.3। निम्नलिखित उदाहरण पर विचार करें: 10 की मात्रा^{25 °C (pH = 7) या 180 मीट्रिक टन (18×10) पर 7} शुद्ध पानी⁷ g), में लगभग 18 मिलीग्राम वियोजन (रसायन विज्ञान) हाइड्रोजन आयन होते हैं।
ध्यान दें कि पीएच तापमान पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए 0 डिग्री सेल्सियस पर शुद्ध पानी का पीएच 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 पीएच 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:

$E=E^{0}+{\frac {RT}{F}}\ln(a_{{\ce {H+}}})=E^{0}-{\frac {2.303RT}{F}}{\ce {pH}}$

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 पीएच के समानुपाती होती है जब पीएच को गतिविधि के संदर्भ में परिभाषित किया जाता है। पीएच का सटीक माप अंतर्राष्ट्रीय मानक आईएसओ 31-8 में निम्नानुसार प्रस्तुत किया गया है:^[15] 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।

$संदर्भ इलेक्ट्रोड | KCl का सान्द्र विलयन || परीक्षण विलयन | H 2 | Pt [clarification needed]$

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

${\ce {pH(X)}}={\ce {pH(S)}}+{\frac {E_{{\ce {S}}}-E_{{\ce {X}}}}{z}}$

दो मापा इलेक्ट्रोमोटिव बल मूल्यों के बीच का अंतर पीएच 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? $\frac{1}{}$

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 में [[ कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान | कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान]] के एक प्रोफेसर[[ अर्नोल्ड ऑरविल बेकमैन | अर्नोल्ड ऑरविल बेकमैन]] ने पीएच को मापने के लिए पहली [[ इलेक्ट्रानिक्स | इलेक्ट्रानिक्स]] विधि का आविष्कार किया था।<ref>{{cite web|title= Origins: Birth of the pH Meter |url= https://eands.caltech.edu/origins-birth-of-the-ph-meter/|website=Caltech Engineering & Science Magazine|access-date=11 March 2018 |archive-url= https://web.archive.org/web/20181106180207/https://eands.caltech.edu/origins-birth-of-the-ph-meter/|archive-date=6 November 2018|url-status=dead}}</ref> यह स्थानीय साइट्रस उत्पादक सनकिस्ट ग्रोअर्स, इनकॉर्पोरेटेड के जवाब में था जो नींबू के पीएच का त्वरित परीक्षण करने के लिए एक बेहतर तरीका चाहते थे जो वे अपने आस-पास के बागों से उठा रहे थे।<ref>{{cite web |last1= Tetrault |first1=Sharon|title=The Beckmans|url=https://books.google.com/books?id=nf0DAAAAMBAJ&q=ph+caltech+beckman+sunkist&pg=PA96|website=Orange Coast|publisher=Orange Coast Magazine|access-date=11 March 2018| date=June 2002|archive-date=15 April 2021|archive-url= https://web.archive.org/web/20210415222325/https://books.google.com/books?id=nf0DAAAAMBAJ&q=ph+caltech+beckman+sunkist&pg=PA96| url-status=live}}</ref>
 == परिभाषा और माप ==
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 सांद्रता बेहद कम होने पर स्व-आयनीकरण पर भी विचार किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, 5×10<sup>−8</sup>M की सांद्रता पर हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के विलयन पर विचार करें। ऊपर दी गई सरल प्रक्रिया से पता चलता है कि इसका पीएच 7.3 है। यह स्पष्ट रूप से गलत है क्योंकि एक एसिड विलयन का पीएच 7 से कम होना चाहिए। सिस्टम को हाइड्रोक्लोरिक एसिड और[[ उभयधर्मी | उभयधर्मी]] पदार्थ पानी के मिश्रण के रूप में मानने पर 6.89 का पीएच परिणाम मिलता है।<ref>{{cite web|last=Maloney|first=Chris|title=pH calculation of a very small concentration of a strong acid.|url=http://sinophibe.blogspot.com/2011/03/ph-calculation-of-very-small.html|access-date=13 March 2011|url-status=live|archive-url=https://web.archive.org/web/20110708062942/http://sinophibe.blogspot.com/2011/03/ph-calculation-of-very-small.html|archive-date=8 July 2011}}</ref>
 === अशक्त अम्ल और क्षार ===
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 ==बाहरी कड़ियाँ==
-{{Commons category|{{not a typo|㏗}}|pH}}
-{{Scholia}}
-{{Wikidata property | P9440 }}
-{{Wastewater}}
-{{Authority control}}
-[[श्रेणी: संतुलन रसायन|श्रेणी: संत]]
-[[श्रेणी: संतुलन रसायन|ुलन रसायन]][[श्रेणी:माप की इकाइयां]][[श्रेणी: जल गुणवत्ता संकेतक]][[श्रेणी: मापन के लघुगणकीय पैमाने]][[श्रेणी: सामान्य रसायन विज्ञान]]
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