PH – הבדלי גרסאות

הוסרו 12,867 בתים ,  לפני שנתיים
הכול זה מידע לא מועי, עדכון
(קישור לערך ראשי במקום לדף הפניה)
(הכול זה מידע לא מועי, עדכון)
{{שם שגוי|title=pH}}
[[קובץ:Hydrangea macrophylla - Hortensia hydrangea.jpg|ממוזער|250px|ה[[פרח]] [[הידרנג'אה|Hydrangea macrophylla]] יכול לפרוח בצבע [[כחול|כחלחל]] או [[ורוד]], לפי [[חומצה|חומציות]] ה[[קרקע]]. בקרקע [[חומצה|חומצית]] הצמח פורח בכחול, ובקרקע [[בסיס (כימיה)|בסיסית]] הוא פורח בוורוד.]]
חומציות זה קקה אחד גדול
'''pH''' (קיצור המילים: '''p'''ower/'''p'''otential '''H'''ydrogenium. ב[[עברית]]: '''ערך הֲגָבָה''' או '''רמת חומציות''') הוא מדד לרמת [[חומציות]] של [[תמיסה]] [[מים|מימית]], המתבסס על ריכוזם של יוני [[הידרוניום]] (<math> \ \mbox{H}_3\mbox{O}^+</math>) בתמיסה. את המושג הציג לראשונה ה[[כימאי]] ה[[דנים|דני]] [[סרן סרנסן|טבלת החומצה]]1901.
 
* האות '''p''' מייצגת [[חזקה (מתמטיקה)|חזקה]] (ב[[אנגלית]]: power). לדעת אחרים, הוא מייצג פוטנציאל (potential), במשמעות של [[ריכוז (כימיה)|ריכוז]].
* האות '''H''' היא ה[[סמל כימי|סימול הכימי]] של ה[[יסוד כימי|יסוד]] [[מימן]] מייצג [[יון|יוני]] מימן חיוביים ([[פרוטון|פרוטונים]]; <sup>+</sup>H)
pH מוגדר על פי ה[[נוסחה]]: <math>\mbox{pH} = -\log_{10} \left[ \mbox{H}_3\mbox{O}^+ \right]</math>.
 
כאן <math> \ [H_3O^+] </math> הוא [[ריכוז (כימיה)|ריכוז]] יוני <sup>+</sup>H<sub>3</sub>O, ב[[תמיסה]], ו-<math>\ \log_{10}</math> הוא ה[[לוגריתם]] לפי [[השיטה העשרונית|בסיס 10]]. הריכוז נמדד ב[[מול]]ים ל[[ליטר]] (מוכר גם בשם [[מולריות]]).
 
ניתן לדייק יותר מבחינה כימית, ולומר כי
<math>\mbox{pH} = -\log_{10}{(a_{\mathrm{H^+}})}</math>
 
כאשר <math>a_{\mathrm{H^+}}</math> היא ה[[אקטיביות]] של יוני המימן.
 
== מדידת pH ==
 
ניתן למדוד את רמת ה-pH בעזרת [[אינדיקטור pH]] או באמצעות שימוש במד pH אלקטרוני. '''אינדיקטורים''' הם חומרים המשנים את צבעם לפי רמת ה-pH של התמיסה שבה הם נמצאים. לכל אינדיקטור יש רגישות לטווח pH מצומצם, שבו הוא משנה את צבעו. קיימים גם אינדיקטורים אוניברסליים המורכבים משילוב של מספר אינדיקטורים, ומאפשרים שינוי צבע רציף בטווח pH גדול מאוד. אינדיקטורים מפורסמים לדוגמה הם [[לקמוס]], [[פנולפתלאין]], [[מתילן אדום]], [[מתילן כחול]] ו[[קונגו אדום]]. גם [[תה]] והחומר האדום ב[[כרוב|כרוב אדום]] ([[אנתוציאנין]]) יכולים לשמש כאינדיקטורים.
 
'''מד pH אלקטרוני''' מתבסס על השפעת החומציות על התכונות החשמליות של התמיסה. מדי pH אלקטרוניים הם מדויקים מאוד ומאפשרים מדידה ברמת דיוק של מאית יחידת pH. המדידה נעשית על ידי מדידת [[פוטנציאל חיזור|פוטנציאל החיזור התקני]] של התמיסה (למעשה, במד pH קיימת [[ממברנה סינתטית|ממברנת]] זכוכית, המאפשרת למדוד רק את השפעת ריכוז יוני ההידרוניום על פוטנציאל החיזור, ולהתעלם מהשפעת המומסים האחרים). מתוך הפוטנציאל ניתן לחשב את ריכוז היונים על ידי שימוש ב[[משוואת נרנסט]].
* טווח הערכים של ה-pH
{| align=left border=1 style="margin: 0 1.5em 0 0;"
<caption>מספר ערכי pH אופייניים</caption>
! חומר || pH
|-
| [[סוללת עופרת-חומצה|מצבר רכב]] ||bgcolor=#BB0000|<center>0.5-
|-
| מי מכרות חומציים ||bgcolor=#CC0000|<center>-3.6-1.0
|-
| [[קיבה]] ||bgcolor=#FF0000|<center>2.0
|-
| [[מיץ לימון]] ||bgcolor=#FF3300|<center>2.4
|-
| [[קוקה-קולה]] או [[פפסי]]{{הערה|Price, R. B., Sedarous, M., & Hiltz, G. S. (2000). [www.cda-adc.ca/JCDA/vol-66/issue-8/421.pdf The pH of tooth-whitening products]. JOURNAL-CANADIAN DENTAL ASSOCIATION, 66(8), 421-426.}}||bgcolor=#FF6600|<center>2.5
|-
| [[חומץ]] ||bgcolor=#FF9900|<center>2.9
|-
| מיץ [[תפוז]]ים או [[תפוח]]ים ||bgcolor=#FFCC00|<center>3.5
|-
| [[עגבנייה]] ||bgcolor=FFEE00|<center>4.0
|-
| [[בירה]] ||bgcolor=yellow|<center>4.5
|-
| [[יוגורט]] ||bgcolor=yellow|<center>4.6
|-
| [[גשם חומצי]] ||bgcolor=yellow|<center>5.0
|-
| [[קפה]] ||bgcolor=yellow|<center>5.0
|-
| [[תה]] ||bgcolor=yellow|<center>5.5
|-
| [[חלב]] ||bgcolor=#339933|<center><span style="color:white;">6.5</span>
|-
| [[מים מזוקקים]] ||bgcolor=green|<center><span style="color: white;">7.0</span>
|-
| [[רוק (ביולוגיה)|רוק]] ||bgcolor=green|<center><span style="color: white;">6.5 – 7.4</span>
|-
| [[דם]] ||bgcolor=#009966|<center><span style="color: white;">7.34 – 7.45</span>
|-
| מי ים ||bgcolor=#006699|<center><span style="color: white;">8.0</span>
|-
| [[סבון]] ידיים ||bgcolor=blue|<center><span style="color: white;">9.0 – 10.0</span>
|-
| [[אמוניה]] ([[דשן]]) ||bgcolor=blue|<center><span style="color: white;">11.5</span>
|-
| [[אקונומיקה]] ||bgcolor=#0000CC|<center><span style="color: white;">12.5</span>
|-
| [[סודה קאוסטית]] ||bgcolor=#000099|<center><span style="color: white;">13.5</span>
 
|}
הערך <math>\mbox{pH}=\mbox{7}</math> מתייחס לרמת החומציות של [[מים מזוקקים]], או תמיסה נייטרלית אחרת. משמעותו של pH=7 היא שריכוז יוני ההידרוניום ( <sup>+</sup>H<sub>3</sub>O) שווה לריכוז יוני ה[[הידרוקסיד]] ( <sup>-</sup>OH). מי ברז או מי גשם אינם טהורים, ומכילים חומרים מומסים שונים, ולכן ה-pH שלהם עשוי להיות שונה במעט מ-7.
 
ערכי pH הגבוהים מ-7 הם '''[[בסיס (כימיה)|בסיסיים]]''' יותר, בהם ריכוז ה <sup>+</sup>H<sub>3</sub>O נמוך מריכוז <sup>-</sup>OH. ערכים נמוכים מ-7 מייצגים '''[[חומצה|חומציות]]''', ובהם ריכוז <sup>+</sup>H<sub>3</sub>O גדול מריכוז <sup>-</sup>OH.
סולם הדרגות שבו נמדד ה- pH הוא [[סקאלה לוגריתמית|לוגריתמי]] (לפי [[לוגריתם|בסיס]] 10), כלומר ההבדל בין pH 1 ל-pH 2 הוא יחס ריכוזים שונה פי 10.לדוגמה, ב[[קפה]] שחור עם ערך pH=5 החומציות גבוהה פי 100 מבמים, ב[[עגבנייה]], שלה pH=4 החומציות גבוהה פי 1,000 מבמים, ב[[חומץ]] עם ערך pH=3 החומציות היא פי 10,000 מבמים, וכן הלאה.
 
התחום הנפוץ של סולם ה-pH הוא בין 0 ל-14, ורוב התמיסות ב[[טבע]] הן בתחום pH זה. עם זאת, אין שום משמעות מיוחדת לערכים 0 או 14 שמונעת לעבור אותם, ועבור [[חומצה|חומצות]] או [[בסיס (כימיה)|בסיסים]] חזקים במיוחד ייתכן pH שחורג מתחום זה. למשל, לתמיסת [[חומצת מלח|HCl]] רוויה (בריכוז 37% משקלי) יש pH= -1.1 בערך, ולעומת זאת לתמיסה רוויה של NaOH יש pH=15 בערך. בטבע נמצאו אף תמיסות בעלות pH= <sup>_</sup>3.6.
 
ישנן כמה סיבות שבגללן pH שלילי אינו נפוץ והוא קשה למדידה:
 
# גם חומצות חזקות אינן נפרדות לחלוטין ל[[יון|יונים]] כשהן בריכוז גבוה. למשל, ניתן לצפות כי תמיסת [[חומצת מלח|HCl]] של 12 מול בליטר תוביל לערך pH=-1.08 (מכיוון ש log(12)=1.08). בפועל, ערך ה-pH של תמיסה זו גבוה יותר, משום שחלק מיוני ה[[מימן]] נותרים קשורים ליוני ה[[כלור]], כיוון שהמערכת מגיעה ל[[שיווי משקל כימי|שיווי משקל]]. אמנם בקבוע שיווי משקל הגדול מ-<math>10^{10}\,</math>(10 בחזקת 10) ניתן לומר שהתגובה ההפוכה היא זניחה, כי כמות החומר המומרת חזרה ל[[תוצרים (כימיה)|תוצרים]] היא זניחה, אך תמיד ניתן למצוא את עקבות כל החומרים בתמיסה.
# [[אלקטרודת זכוכית|אלקטרודות זכוכית]], המשמשות למדידת pH, אינן רגישות דיין כדי למדוד במדויק ערכי pH שליליים, והתוצאות המתקבלות הן בדרך-כלל גבוהות מה-pH האמיתי של התמיסה. (ראו [http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/acidbase/faq/negative-pH.shtml]).
# pH שלילי ניתן להשגה במבנים פורוזיבים מאד (בעלי נקבוביות), אך קשה למדוד את רמת החומציות בתוך הנקבובית.
 
* הערה: הסימון H<sup>+</sup> לסימון יוני מימן נפוץ מאוד בספרות, אם כי הוא אינו מדויק מבחינה כימית. למעשה, יון המימן מגיב עם מולקולת המים לתת יון הידרוניום <sup>+</sup>H<sub>3</sub>O, ואינו קיים כפרוטון בסביבה מימית. למרות זאת, השימוש בסימון H<sup>+</sup> השתרש, וניתן להשתמש בו, כל עוד משמעותו מובנת.
 
== pH של תמיסה נייטרלית ==
pH של תמיסה נייטרלית הוא 7. הסיבה לכך היא שגם מים מזוקקים מכילים יוני הידרוקסיד (אך גם יוני הידרוניום בריכוז זהה). הימצאות יוני הידרוניום נובעת מכך שמים מתפרקים באופן טבעי לפי התגובה:
 
<math> \ H_2O + H_2O \leftrightarrow H_3O^+ + OH^-</math>
 
תגובה זו נקראת תגובת '''דיסוציאציה'''. זוהי [[שיווי משקל כימי|תגובת שיווי משקל]], ולכן מכפלת ריכוזי היונים קבועה (כאשר ה[[טמפרטורה]] קבועה). בניסויים נמצא כי מכפלת הריכוזים שווה כמעט בדיוק <math>\ 10^{-14} M^2</math>. בתמיסה נייטרלית, ריכוז יוני ההידרוניום שווה לריכוז יוני ההידרוקסיד. אם משלבים נתון זה עם כך שמכפלתם שווה ל <math>\ 10^{-14}</math> בטמפרטורה של 25°C, אפשר להסיק כי בתמיסה נייטרלית מתקיים:
 
<math> \ [H_3O^+] = [OH^-] = 10^{-7} M </math>, ולכן,
 
<math> \ pH = pOH = -\log [H_3O^+] = 7</math>.
 
זהו ריכוז נמוך מאוד, והוא לרוב זניח כאשר מחשבים pH של תמיסה של חומצה או בסיס.
===תלות ה-pH בטמפרטורה===
כיוון שתגובת הדיסוציאציה של המים להידרוניום ולהידרוקסיד אנדותרמית הרי שלפי [[עקרון לה שטליה]] ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר תתפרקנה יותר מולקולות מים (קבוע שיווי המשקל של התגובה יגדל) ולכן ה pH (וכמוהו ה pOH) של מים טהורים קטן ככל שהטמפרטורה עולה.
{| class="wikitable" border="2"
|+ pH של מים טהורים
! טמפרטורה
!קבוע שיווי המשקל
! pH
|-
|0°C
| 0.114X10<sup>-14</sup>
|7.47
|-
|10°C
| 0.293X10<sup>-14</sup>
|7.27
|-
|-
|20°C
| 0.681X10<sup>-14</sup>
|7.08
|-
|'''25°C
| '''1.008X10<sup>-14</sup>'''
|'''7.00'''''
|-\|-
|30°C
| 1.471X10<sup>-14</sup>
|6.92
|-
|40°C
| 2.916X10<sup>-14</sup>
|6.77
|-
|50°C
| 5.476X10<sup>-14</sup>
|6.63
|-
|100°C
| 51.3X10<sup>-14</sup>
|6.14
|}
 
== ראו גם==
*[[נייר לקמוס]]
== קישורים חיצוניים ==
{{ויקישיתוף בשורה}}
* [http://www.horiba.com/application/material-property-characterization/water-analysis/water-quality-electrochemistry-instrumentation/the-story-of-ph-and-water-quality/the-story-of-ph/ מידע על pH עם תרשימים]
 
'''על pH שלילי:'''
* D. K. Nordstrom, C. N. Alpers, C. J. Ptacek, D. W. Blowes (2000). Negative pH and Extremely Acidic Mine Waters from Iron Mountain, California. ''Environmental Science & Technology'' '''34''' (2), 254-258. ([http://pubs.acs.org/cgi-bin/abstract.cgi/esthag/2000/34/i02/abs/es990646v.html תקציר] | [http://pubs.acs.org/cgi-bin/article.cgi/esthag/2000/34/i02/html/es990646v.html מאמר מלא (HTML)] | [http://pubs.acs.org/cgi-bin/article.cgi/esthag/2000/34/i02/pdf/es990646v.pdf מאמר מלא (PDF)])
* [http://www.newton.dep.anl.gov/askasci/chem99/chem99230.htm Negative pH's?]
* [http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/acidbase/faq/negative-pH.shtml Is a negative pH possible?]
 
==הערות שוליים==
{{הערות שוליים|יישור=שמאל}}
{{חומצות ובסיסים}}
[[קטגוריה:כימיה אנליטית]]
משתמש אלמוני