पीएच सूचक

File:Acid-base-indicators.png

pH संकेतक: एक ग्राफिक दृश्य

एक pH सूचक एक लवणवर्णी रासायनिक यौगिक है जो एक विलयन में थोड़ी मात्रा में जोड़ा जाता है, इसलिए विलयन के pH (अम्लता या मूलता ) को अवशोषण और/या उत्सर्जन गुणों में परिवर्तन द्वारा नेत्रहीन या स्पेक्ट्रोस्कोपिक रूप से निर्धारित किया जा सकता है। इसलिए, आरिनियस मॉडल में pH सूचक हाइड्रोनियम आयनों (H₃O⁺) और हाइड्रोजन आयन (H⁺) के लिए एक रासायनिक संसूचक होता है। सामान्यतः, सूचक pH के आधार पर विलयन के रंग को बदलने का कारण बनता है। संकेतक अन्य भौतिक गुणों में परिवर्तन भी दिखा सकते हैं; उदाहरण के लिए, घ्राण संकेतक उनकी गंध में परिवर्तन दिखाते हैं। तटस्थ विलयन pH मान 25 डिग्री सेल्सियस (मानक प्रयोगशाला स्थितियों) पर 7.0 होता है 7.0 से नीचे pH मान वाले विलायनो को अम्लीय माना जाता है और 7.0 से ऊपर pH मान वाले विलयन मूलभूत होते हैं। चूंकि अधिकांश प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले कार्बनिक यौगिक दुर्बल विद्युत् अपघट्य होते हैं, जैसे कि कार्बोक्सिलिक अम्ल और अमाइन, pH संकेतक जीव विज्ञान और विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में कई अनुप्रयोग पाते हैं इसके अतिरिक्त, pH संकेतक रासायनिक विश्लेषण में उपयोग किए जाने वाले तीन मुख्य प्रकार के संकेतक यौगिकों में से एक हैं। धातु धनायन के मात्रात्मक विश्लेषण (रसायन विज्ञान) के लिए, जटिलमितीय संकेतकों का उपयोग पसंद किया जाता है, जबकि तीसरा यौगिक वर्ग, रेडॉक्स संकेतक, रेडॉक्स अनुमापन में उपयोग किया जाता है (रासायनिक विश्लेषण के आधार के रूप में एक या एक से अधिक रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं को सम्मलित करने वाला अनुमापन)।

सिद्धांत

अपने आप में, pH संकेतक सामान्यतः कमजोर एसिड या कमजोर आधार होते हैं। जलीय घोलों में अम्लीय pH संकेतकों की सामान्य प्रतिक्रिया योजना इस प्रकार तैयार की जा सकती है:

HInd_(aq) + H
₂O_(l) ⇌ H
₃O⁺_(aq) + Ind⁻_(aq)

जहाँ, "HInd" अम्लीय रूप के लिए और "Ind−" संकेतक के संयुग्म आधार के लिए है। जलीय घोल में बुनियादी pH संकेतकों के विपरीत:

IndOH_(aq) + H
₂O_(l) ⇌ H
₂O_(l) + Ind⁺_(aq) + OH⁻_(aq)

जहाँ "IndOH" मूल रूप के लिए है और "Ind+" सूचक के संयुग्मी अम्ल के लिए होता है।

संयुग्म अम्ल/क्षार की सांद्रता का अम्लीय/क्षारक सूचक की सांद्रता का अनुपात विलयन का pH (या pOH) निर्धारित करता है और रंग को pH (या pOH) मान से जोड़ता है। pH संकेतकों के लिए दुर्बल वैद्युतअपघट्य होते हैं, हेंडरसन-हासेलबैच समीकरण को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

pH = pK_a + | log₁₀  [Ind⁻] / [HInd] 

or

pOH = pK_b + लॉग₁₀  [Ind⁺] / [IndOH] 

अम्लता स्थिरांक और क्षारकता स्थिरांक से प्राप्त समीकरणों में कहा गया है कि जब pH संकेतक के pK_a या pK_b मान के बराबर होता है, तो दोनों वर्ग, 1:1 अनुपात में सम्मलित होती हैं। यदि pH, pK_a या pK_b मान से ऊपर है, तो संयुग्म आधार की सांद्रता अम्ल की सांद्रता से अधिक होती है, और संयुग्म आधार से जुड़ा रंग प्रभावित करता है। यदि pH, pK_a या pK_b मान से कम है, तो इसका विलोम सत्य है।

सामान्यतः, pK रंग परिवर्तन pK_a या pK_b मान पर तात्कालिक नहीं होता है, किन्तु pH रेंज सम्मलित होती है जहां रंगों का मिश्रण सम्मलित होता है। यह pH रेंज संकेतकों के बीच भिन्नता होती है, किन्तु एक नियम के रूप में, यह यह pK_a या pK_b वैल्यू प्लस या माइनस वन के बीच आती है। यह मानता है कि विलयन अपने रंग को तब तक बनाए रखता है जब तक कि अन्य वर्ग का कम से कम 10% बना रहता है। उदाहरण के लिए, यदि संयुग्म आधार की सांद्रता अम्ल की सांद्रता से 10 गुना अधिक है, तो उनका अनुपात 10: 1 है, और परिणामस्वरूप pH pK_a + 1 या pK_b + 1 है। इसके विपरीत, यदि 10 गुना अधिक है एसिड आधार के संबंध में होता है, अनुपात 1:10 है और pH pK_a -1 या pK_b -1 होता है।

इष्टतम त्रुतिहिनता के लिए, दो प्रजातियों के बीच रंग का अंतर जितना संभव हो उतना स्पष्ट होना चाहिए, और रंग की pH सीमा जितनी संकीर्ण होगी, उतना ही बेहतर होगा। कुछ संकेतकों में, जैसे phenolphthalein, प्रजातियों में से एक रंगहीन है, जबकि अन्य संकेतकों में, जैसे मिथाइल लाल, दोनों प्रजातियां एक रंग प्रदान करती हैं। जबकि pH संकेतक उनके निर्दिष्ट pH रेंज पर कुशलता से काम करते हैं, वे सामान्यतः अवांछित पक्ष प्रतिक्रियाओं के कारण pH स्केल के चरम सिरों पर नष्ट हो जाते हैं।

आवेदन

File:PH indicator paper.jpg

सूचक कागज के साथ pH माप

रासायनिक प्रतिक्रिया की सीमा निर्धारित करने के लिए pH संकेतक अधिकांशतः विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान में अनुमापन में नियोजित होते हैं। रंग की व्यक्तिपरक पसंद (निर्धारण) के कारण, pH संकेतक गलत रीडिंग के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। pH के सटीक माप की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए, pH मीटर का अधिकांशतः उपयोग किया जाता है। कभी-कभी, pH मानों की एक विस्तृत श्रृंखला में कई सहज रंग परिवर्तनों को प्राप्त करने के लिए विभिन्न संकेतकों के मिश्रण का उपयोग किया जाता है। इन व्यावसायिक संकेतकों (जैसे, यूनिवर्सल इंडिकेटर और हाइड्रियन पेपर) का उपयोग तब किया जाता है जब केवल pH का मोटा ज्ञान आवश्यक होता है। एक अनुमापन के लिए, सच्चे समापन बिंदु और संकेतित समापन बिंदु के बीच के अंतर को सूचक त्रुटि कहा जाता है।

नीचे सारणीबद्ध कई सामान्य प्रयोगशाला pH संकेतक हैं। संकेतक सामान्यतः सूचीबद्ध संक्रमण सीमा के अंदर pH मान पर मध्यवर्ती रंग प्रदर्शित करते हैं। उदाहरण के लिए, फिनोल लाल pH 6.8 और pH 8.4 के बीच नारंगी रंग प्रदर्शित करता है। समाधान में संकेतक की एकाग्रता और जिस तापमान पर इसका उपयोग किया जाता है, उसके आधार पर संक्रमण सीमा थोड़ी बदल सकती है। दाईं ओर का आंकड़ा संकेतकों को उनकी संचालन सीमा और रंग परिवर्तन के साथ दिखाता है।

सूचक	कम pH रंग	संक्रमण निचले स्तर की	संक्रमण उच्च अंत	उच्च pH रंग
Gentian violet (Methyl violet 10B)	yellow	0.0	2.0	blue-violet
Malachite green (first transition)	yellow	0.0	2.0	green
Malachite green (second transition)	green	11.6	14.0	colorless
Thymol blue (first transition)	red	1.2	2.8	yellow
Thymol blue (second transition)	yellow	8.0	9.6	blue
Methyl yellow	red	2.9	4.0	yellow
Methylene blue	colorless	5.0	9.0	dark blue
Bromophenol blue	yellow	3.0	4.6	blue
Congo red	blue-violet	3.0	5.0	red
Methyl orange	red	3.1	4.4	yellow
Screened methyl orange (first transition)	red	0.0	3.2	purple-grey
Screened methyl orange (second transition)	purple-grey	3.2	4.2	green
Bromocresol green	yellow	3.8	5.4	blue
Methyl red	red	4.4	6.2	yellow
Methyl purple	purple	4.8	5.4	green
Azolitmin (litmus)	red	4.5	8.3	blue
Bromocresol purple	yellow	5.2	6.8	purple
Bromothymol blue	yellow	6.0	7.6	blue
Phenol red	yellow	6.4	8.0	red
Neutral red	red	6.8	8.0	yellow
Naphtholphthalein	pale red	7.3	8.7	greenish-blue
Cresol red	yellow	7.2	8.8	reddish-purple
Cresolphthalein	colorless	8.2	9.8	purple
Phenolphthalein (first transition)	colorless	8.3	10.0	purple-pink
Phenolphthalein (second transition)	purple-pink	12.0	13.0	colorless
Thymolphthalein	colorless	9.3	10.5	blue
Alizarine Yellow R	yellow	10.2	12.0	red
Indigo carmine	blue	11.4	13.0	yellow

यूनिवर्सल इंडिकेटर

pH range	Description	Colour
1-3	Strong acid	Red
3 – 6	Weak acid	Orange/Yellow
7	Neutral	Green
8 – 11	Weak alkali	Blue
11-14	Strong alkali	Violet/Indigo

सटीक pH माप

File:Bromocresol green spectrum.png

प्रोटोनेशन के विभिन्न चरणों में ब्रोमोक्रेसोल हरा का अवशोषण स्पेक्ट्रा

दो या दो से अधिक तरंग दैर्ध्य पर अवशोषण को मात्रात्मक रूप से मापकर pH के काफी सटीक माप प्राप्त करने के लिए एक संकेतक का उपयोग किया जा सकता है। संकेतक को एक साधारण अम्ल, HA के रूप में ले कर सिद्धांत को चित्रित किया जा सकता है, जो H में वियोजित हो जाता है.

हा ⇌ एच⁺ + ए^{-</सुप>}

अम्ल पृथक्करण स्थिरांक का मान, pK_a, पता होना चाहिए। दाढ़ अवशोषण, ε_HA और ई_A⁻ दो प्रजातियों में से हा और ए⁻ तरंग दैर्ध्य λ पर_xऔर λ_yपिछले प्रयोग द्वारा भी निर्धारित किया जाना चाहिए। बीयर के नियम का पालन करना मानते हुए, मापे गए अवशोषक A_xऔर ए_yदो तरंग दैर्ध्य पर प्रत्येक प्रजाति के कारण अवशोषण का योग होता है।

${\begin{aligned}A_{x}&=[{\ce {HA}}]\varepsilon _{{\ce {HA}}}^{x}+[{\ce {A-}}]\varepsilon _{{\ce {A-}}}^{x}\\A_{y}&=[{\ce {HA}}]\varepsilon _{{\ce {HA}}}^{y}+[{\ce {A-}}]\varepsilon _{{\ce {A-}}}^{y}\end{aligned}}$

ये दो सांद्रता [एचए] और [ए] में दो समीकरण हैं^{-</सुप>]। एक बार हल हो जाने पर, pH के रूप में प्राप्त किया जाता है}

$\mathrm {pH} =\mathrm {p} K_{\mathrm {a} }+\log {\frac {[{\ce {A-}}]}{[{\ce {HA}}]}}$

यदि माप दो से अधिक तरंग दैर्ध्य पर किए जाते हैं, तो सांद्रता [एचए] और [ए⁻] की गणना रैखिक न्यूनतम वर्गों (गणित) द्वारा की जा सकती है। वास्तव में, इस उद्देश्य के लिए एक संपूर्ण स्पेक्ट्रम का उपयोग किया जा सकता है। प्रक्रिया को संकेतक ब्रोमोक्रेसोल ग्रीन के लिए चित्रित किया गया है। देखा गया स्पेक्ट्रम (हरा) एचए (गोल्ड) और ए के स्पेक्ट्रा का योग है⁻ (नीला), दो प्रजातियों की सघनता के लिए भारित।

जब एकल संकेतक का उपयोग किया जाता है, तो यह विधि pH श्रेणी pK में मापन तक सीमित होती है_a± 1, किन्तु इस सीमा को दो या दो से अधिक संकेतकों के मिश्रण का उपयोग करके बढ़ाया जा सकता है। चूंकि संकेतकों में तीव्र अवशोषण स्पेक्ट्रा होता है, संकेतक एकाग्रता अपेक्षाकृत कम होती है, और सूचक को pH पर एक नगण्य प्रभाव माना जाता है।

तुल्यता बिंदु

अम्ल-क्षार अनुमापन में, एक अनुपयुक्त pH संकेतक वास्तविक तुल्यता बिंदु से पहले या बाद में सूचक युक्त समाधान में रंग परिवर्तन को प्रेरित कर सकता है। नतीजतन, उपयोग किए गए pH संकेतक के आधार पर समाधान के लिए विभिन्न समानता बिंदुओं का निष्कर्ष निकाला जा सकता है। इसका कारण यह है कि सूचक युक्त समाधान के रंग में मामूली परिवर्तन से पता चलता है कि तुल्यता बिंदु तक पहुंच गया है। इसलिए, सबसे उपयुक्त pH संकेतक में एक प्रभावी pH रेंज होती है, जहां रंग में परिवर्तन स्पष्ट होता है, जो समाधान के तुल्यता बिंदु के pH को समाहित करता है।

स्वाभाविक रूप से होने वाले pH संकेतक

कई पौधों या पौधों के हिस्सों में यौगिकों के प्राकृतिक रूप से रंगीन एंथोसायनिन परिवार के रसायन होते हैं। वे अम्लीय विलयन में लाल और क्षारकीय में नीले रंग के होते हैं। एंथोसायनिन को पानी या अन्य सॉल्वैंट्स के साथ पत्तियों (लाल गोभी) सहित कई रंगीन पौधों और पौधों के हिस्सों से निकाला जा सकता है; फूल (पैलार्गोनियम , खसखस, या गुलाब की पंखुड़ियाँ); जामुन (ब्लूबेरी, blackcurrant ); और उपजी (एक प्रकार का फल )। कच्चे pH संकेतक बनाने के लिए घरेलू पौधों, विशेष रूप से लाल गोभी से एंथोसायनिन निकालना एक लोकप्रिय परिचयात्मक रसायन विज्ञान प्रदर्शन है।

लिटमस, मध्य युग में कीमियागरों द्वारा उपयोग किया जाता है और अभी भी आसानी से उपलब्ध है, लाइकेन प्रजातियों के मिश्रण से बना प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला pH संकेतक है, विशेष रूप से Roccella टिंकटोरिया लिटमस शब्द ओल्ड नोर्स में 'कलर्ड मॉस' से लिया गया है (लीटर देखें)। अम्ल विलयन में लाल रंग और क्षार में नीला रंग बदल जाता है। शब्द 'लिटमस टेस्ट' किसी भी परीक्षण के लिए एक व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला रूपक बन गया है जो विकल्पों के बीच आधिकारिक रूप से अंतर करने का दावा करता है।

हाइड्रेंजिया मैक्रोफिला फूल मिट्टी की अम्लता के आधार पर रंग बदल सकते हैं। अम्लीय मिट्टी में, मिट्टी में रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं जो इन पौधों को अल्युमीनियम उपलब्ध कराती हैं, जिससे फूल नीले हो जाते हैं। क्षारीय मिट्टी में, ये प्रतिक्रियाएँ नहीं हो सकती हैं और इसलिए पौधे द्वारा एल्यूमीनियम नहीं लिया जाता है। नतीजतन, फूल गुलाबी रहते हैं।

एक और उपयोगी प्राकृतिक pH सूचक मसाला हल्दी#संकेतक है। यह एसिड के संपर्क में आने पर पीला हो जाता है और क्षार की उपस्थिति में लाल भूरे रंग का हो जाता है।

सूचक	कम pH रंग	उच्च pH रंग
हाइड्रेंजिया फूल	नीला	गुलाबी से बैंगनी
एंथोसायनिन	लाल	नीला
लिटमस	लाल	नीला
हल्दी	पीला	लालिमायुक्त भूरा

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  अम्लीय मिट्टी में हाइड्रेंजिया

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  क्षारीय मिट्टी में हाइड्रेंजिया

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  लाल गोभी का एक ग्रेडिएंट pH संकेतक को बाईं ओर अम्लीय घोल से दाईं ओर मूल तक निकालता है

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  बेकिंग सोडा (बाएं) और सिरका (दाएं) में भिगोई हुई बैंगनी फूलगोभी। एंथोसायनिन pH संकेतक के रूप में कार्य करता है।

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  पानी में घुली हल्दी अम्लीय परिस्थितियों में पीली और क्षारीय स्थितियों में लाल भूरे रंग की होती है

यह भी देखें

• क्रोमोफोर
• मलीय pH परीक्षण
• Nitrazine
• pH मीटर
• यूनिवर्सल इंडिकेटर

बाहरी संबंध

• Long indicator list, Archived 4 March 2022 at the Wayback Machine