StoriaIl concetto di p [H] è stato introdotto dal chimico danese SREN Peder Lauritz Srensen presso il Laboratorio Carlsberg nel 1909 e rivisto per il pH moderna nel 1924 dopo emerso che forza elettromotrice nelle cellule dipendeva attività piuttosto che la concentrazione di ioni idrogeno. Non si sa che cosa l'esatta definizione di p è. Alcuni riferimenti suggeriscono la P sta per otenza, altri si riferiscono alla parola tedesca otenz (che significa potere in tedesco), altri ancora si riferiscono a otential. Jens Norby ha pubblicato un documento nel 2000, sostenendo che p è una costante e sta per logaritmo egative; che è stato utilizzato anche in altre opere. H sta quindi per l'idrogeno. Secondo la Carlsberg Foundation pH sta per "potere dell'idrogeno". Altri suggerimenti che sono emersi nel corso degli anni sono che la P sta per puissance (anche nel senso di potenza, ma poi il Laboratorio Carlsberg era di lingua francese), o che il pH si distingue per i termini latini pondus Hydrogenii o potentia hydrogenii. Si suggerisce inoltre che Srensen utilizzato le lettere p e q (lettere in matematica comunemente associato) semplicemente per etichettare la soluzione di prova (p) e la soluzione di riferimento (q). Definizioni teorico DefinitionpH è definito come meno il logaritmo decimale della attività degli ioni idrogeno in una soluzione. In virtù della sua natura logaritmica, pH è una adimensionale quantity.where aH è il (adimensionale) l'attività degli ioni idrogeno. La ragione di questa definizione è che aH è una proprietà di un singolo ione, che può essere misurata solo sperimentalmente mediante un elettrodo ione-selettivo che risponde, secondo l'equazione di Nernst, ad attività degli ioni idrogeno. pH è comunemente misurata mediante un elettrodo di vetro combinato, che misura la differenza di potenziale o forza elettromotrice, E, tra un elettrodo sensibile alla attività degli ioni idrogeno e un elettrodo di riferimento, ad esempio un elettrodo a calomelano o un elettrodo cloruro d'argento. L'elettrodo di vetro combinato segue idealmente l'equazione di Nernst: dove E è un potenziale misurato, E0 è il potenziale standard di riduzione, cioè il potenziale electode per lo stato normale in cui l'attività è uno. R è la costante dei gas, T è la temperatura in Kelvin, F è la costante di Faraday ed n è il numero di elettroni trasferiti, uno in questo caso. Il potenziale di elettrodo, E, è proporzionale al logaritmo della definizione ione idrogeno activity.This, di per sé, è del tutto impraticabile, perché l'attività dello ione idrogeno è il prodotto della concentrazione e un coefficiente di attività. Il singolo-ione coefficiente di attività dello ione idrogeno è una quantità che non può essere misurato sperimentalmente. Per ovviare a questa difficoltà, l'elettrodo è calibrato in termini di soluzioni di nota activity.The definizione operativa di pH è ufficialmente definito da norma internazionale ISO 31-8 come segue: Per una soluzione X, prima misurare la EX forza elettromotrice della galvanica CellReference elettrodo | soluzione concentrata di KCl || soluzione X | H2 | Ptand poi anche misurare i ES forza elettromotrice di una cella galvanica che differisce dal precedente soltanto dalla sostituzione della soluzione X di ignoto pH, pH (X), da una soluzione S di un pH standard noto, pH (S). Il pH di X è thenthe differenza tra il pH della soluzione X e il pH della soluzione standard dipende solo dalla differenza tra due potenziali misurati. Pertanto, il pH è ottenuto da un potenziale misurato con un elettrodo calibrato contro uno o più standard di pH; un'impostazione pHmetro viene regolato in modo che la lettura di una soluzione di uno standard è uguale al valore di pH (S). I valori di pH (S) per una gamma di soluzioni S Standard, insieme con ulteriori dettagli, sono indicati nelle raccomandazioni IUPAC. Le soluzioni standard sono spesso descritti come soluzione tampone standard. In pratica, è meglio usare due o più tamponi standard per consentire piccole deviazioni dalla Nernst-law idealità negli elettrodi reali. Si noti che, poiché la temperatura si verifica nelle equazioni definiscono, il pH di una soluzione è temperatura dependent.Measurement di valori estremamente bassi di pH, come alcune acque di miniera molto acide, richiede procedure speciali. Calibrazione dell'elettrodo in tali casi può essere realizzata con soluzioni standard di acido solforico concentrato, i cui valori di pH può essere calcolato con l'utilizzo di parametri Pitzer per calcolare l'attività coefficients.pH è un esempio di una funzione di acidità. concentrazioni di ioni idrogeno può essere misurata in solventi non acquosi, ma questo porta, in effetti, una funzione di acidità diverso, perché lo stato standard per un solvente non acquoso è diverso dallo stato standard per l'acqua. Superacids sono una classe di acidi non acquosi per la quale è stata sviluppata la funzione di acidità Hammett, H0. p [H] Questa era la definizione originale di Srensen, che è stato sostituito in favore di pH. [quando?] Tuttavia, è possibile misurare la concentrazione di ioni idrogeno direttamente, se l'elettrodo è calibrato in termini di concentrazione di ioni idrogeno. Un modo per fare questo, che è stato ampiamente utilizzato, è per titolare una soluzione di concentrazione nota di un acido forte con una soluzione di concentrazione nota di alcali forti in presenza di una concentrazione relativamente elevata a sfondo elettrolita. Poiché le concentrazioni di acidi e alcali sono noti è facile calcolare la concentrazione di ioni idrogeno in modo che il potenziale misurato può essere correlato con concentrazioni. La calibrazione viene solitamente effettuata usando un diagramma Gran. La calibrazione yieds un valore per il potenziale standard dell'elettrodo, E0, e un fattore di pendenza, f, in modo che l'equazione di Nernst nel formcan essere utilizzata per ottenere concentrazioni di ioni di idrogeno da misure sperimentali di E. Il fattore pendenza è generalmente poco meno di un . Un fattore pendenza inferiore a 0,95 indica che l'elettrodo non funziona correttamente. La presenza di fondo elettrolita assicura che il coefficiente di attività dello ione idrogeno è effettivamente costante durante la titolazione. Come è costante il suo valore può essere impostato a uno definendo stato standard come la soluzione contenente l'elettrolita sfondo. Così, l'effetto di utilizzare questa procedura è quello di rendere l'attività pari al valore numerico della differenza tra concentration.The p [H] e il pH è piuttosto piccola. Si è affermato che pH = p [H] + 0,04. Purtroppo è pratica comune utilizzare il termine "pH" per due tipi di misura. pOHpOH è talvolta usato come misura della concentrazione di ioni idrossido, OH, o alcalinità. pOH non viene misurato indipendentemente, ma è derivato da pH. La concentrazione di ioni idrossido in acqua è correlata alla concentrazione di ioni idrogeno di [OH = KW /[H +] dove KW è la costante auto-ionizzazione dell'acqua. Prendendo cologarithmspOH = Pkw pH.So, a temperatura ambiente pOH 14 pH. Tuttavia questa relazione non è strettamente valido in altre circostanze, come nelle misurazioni di alcalinità del suolo. ApplicationsSome tipico acqua pH valuesPure ha un pH intorno a 7; i valori esatti dipendono dalla temperatura. Quando un acido viene disciolto in acqua il pH sarà inferiore a 7 e quando una base, o alcalino viene disciolto in acqua il pH sarà maggiore di 7. Una soluzione di un acido forte, quale acido cloridrico, a concentrazione 1 mol dm3 ha un pH di 0. una soluzione di un alcali forti, come idrossido di sodio, a concentrazione 1 mol dm3 ha un pH di 14. così, i valori di pH misurati saranno prevalentemente compresa nell'intervallo da 0 a 14. Poiché pH è una scala logaritmica una differenza di un'unità pH corrisponde a una differenza di dieci volte ione idrogeno concentration.Because l'elettrodo di vetro (e altri ioni elettrodi selettivi) risponde all'attività, l'elettrodo deve essere tarato in un mezzo simile a quello indagato. Per esempio, se si vuole misurare il pH di un campione di acqua di mare, l'elettrodo deve essere tarato in una soluzione simile marina nella sua composizione chimica, come dettagliato misura approssimata below.An del pH può essere ottenuto utilizzando un indicatore di pH. Un indicatore di pH è una sostanza che cambia colore su un particolare valore di pH. È un acido debole o base debole e il cambiamento di colore avviene intorno 1 unità di pH due lati della costante di dissociazione acida o pKa, di valore. Ad esempio, l'indicatore naturale tornasole è rosso in soluzioni acide (pH & lt; 7) e blu alcalino (pH & gt; 7) soluzioni. Indicatore universale costituito da una miscela di indicatori tale che vi è un cambiamento di colore continuo da circa pH 2 a pH 10. Indicatore universale carta è carta semplice che è stato impregnato con indicatore universale indicator.Universal componentsIndicatorLow pH colorTransition pH rangeHigh pH colorThymol blu (prima transizione) blu red1.22.8orangeMethyl redred4.46.2yellowBromothymol blueyellow6.07.6blueThymol (seconda transizione) soluzione yellow8.09.6bluePhenolphthaleincolorless8.310.0purpleA cui pH è 7 si dice che sia neutrale, cioè, non è né acido né di base. Acqua è oggetto di un auto-ionizzazione process.H2O H + + OHThe costante di dissociazione, KW, ha un valore di circa 10-14, quindi in soluzione neutra di un sale sia la concentrazione di ioni idrogeno e la concentrazione di ioni idrossido sono circa 10-7 mol dm-3. Il pH di acqua pura diminuisce con temperature crescenti. Ad esempio, il pH di acqua pura a 50 ° C è 6,55. Si noti, tuttavia, che l'acqua che è stata esposta ad aria è leggermente acida. Questo perché l'acqua assorbe anidride carbonica dall'aria, che viene poi lentamente trasformato in acido carbonico, che si dissocia liberare ioni idrogeno: CO2 + H2O H2CO3 HCO3 + H + Calcolo del pH per deboli e forti acidsIn caso di un acido forte, ci è completa dissociazione, quindi il pH è semplicemente uguale al meno il logaritmo della concentrazione di acido. Ad esempio, una soluzione 0,01 molare di acido cloridrico ha un pH di og (0,01), cioè, pH = 2. pH di una soluzione di un acido debole può essere calcolato mediante una tabella ICE. Per acidi con un valore pKa superiore a circa 2, pH = (pKa log c0), dove c0 è la concentrazione dell'acido. Ciò equivale ad acido debole Burrows 'pH equationA metodo più generale è il seguente. Si consideri il caso di sciogliere un acido debole, HA, in acqua. In primo luogo annotare l'equilibrio expression.HA A + H + La costante di equilibrio per questa reazione è specificato bywhere [] indica una concentrazione. La concentrazione analitica dei due reagenti, CA per [A e CH [H +] deve essere uguale alla somma delle concentrazioni delle specie contenenti i reagenti. CH è la concentrazione di minerali aggiunti acid.CA = [A + Ka [A [H +] CH = [H +] + Ka [A [H +] Dalla prima equationSubstitution di questa espressione nei secondi givesThis equazione semplifica un'equazione quadratica in la concentrationSolution ione idrogeno di questa equazione fornisce [H +] e quindi pH.This metodo può essere utilizzato anche per acidi poliprotici. Ad esempio, per l'acido ossalico acido diprotico, scrivendo A2 per lo ione ossalato, CA = [A2 + 1 [A2 [H +] + 2 [A2 [H +] 2CH = [H +] + 1 [A2 [H +] + 22 [ ,,,0],A2 [H +] 2where 1 e 2 sono costanti di protonazione cumulative. Seguendo la stessa procedura di sostituire dalla prima equazione nella seconda, un'equazione cubica [H +] risultati. In generale, il grado dell'equazione è più uno rispetto al numero di protoni ionizzabili. La soluzione di queste equazioni può essere ottenuta in modo relativamente facile con l'aiuto di un foglio elettronico come Excel o origine. Il pH ha sempre una quantità di cifre frazionarie pari alla quantità di cifre significative della concentrazione. pH in natureHydrangea fiori macrophylla sono o rosa o blu, a seconda di una mobilitazione pH-dipendente e l'adozione di alluminio terreno nei pigmenti vegetali plants.pH-dipendenti che possono essere utilizzati come indicatori di pH si verificano in molte piante, tra cui ibisco, calendula, rosso cavolo (antociani), e vino rosso. SeawaterThe pH dell'acqua di mare svolge un ruolo importante nel ciclo del carbonio dell'oceano e non vi è evidenza di corso acidificazione degli oceani causato dalle emissioni di anidride carbonica. Tuttavia, la misura del pH è complicata dalle proprietà chimiche dell'acqua di mare, ed esistono diverse scale pH distinte in oceanography.As chimica parte della sua definizione operativa della scala pH, IUPAC definire una serie di soluzioni tampone in un'ampia gamma di valori di pH (spesso denotato con NBS o designazione NIST). Queste soluzioni hanno una resistenza relativamente bassa ionica (~ 0,1) rispetto a quella dell'acqua di mare (~ 0,7), e di conseguenza non sono raccomandati per uso nel caratterizzare il pH dell'acqua di mare in quanto le differenze forza ionica causano variazioni del potenziale di elettrodo. Per risolvere questo problema, è stata sviluppata una serie alternativa di buffer base di acqua di mare artificiale. Questa nuova serie risolve il problema delle differenze forza ionica tra campioni ei tamponi, e la nuova scala pH è indicato come la scala totale, spesso indicata come scala totale pHT.The stata definita utilizzando un mezzo contenente ioni solfato. Questi protonazione ioni esperienza, H + + SO42 HSO4, tale che la scala totale include l'effetto di entrambi i protoni (ioni liberi di idrogeno) e gli ioni di idrogeno solfato: [H +] T = [H +] F + [HSO4An scala alternativa, la scala libera, spesso denotato PHF, omette questa considerazione e si concentra unicamente su [H +] F, in linea di principio che lo rende una rappresentazione più semplice della concentrazione di ioni idrogeno. Analiticamente, solo [H +] T può essere determinato, quindi, [H +] F deve essere stimato utilizzando il [SO42 e la costante stabilità del HSO4, KS *: [H +] F = [H +] T [HSO4 = [H +] T (1 + [SO42 /KS *) 1However, è difficile stimare KS * in acqua di mare, che limita l'utilità della scala scale.Another libera altrimenti più semplice, conosciuto come la scala di acqua di mare, pHSWS spesso denotate, tiene conto di un ulteriore rapporto protonazione tra ioni idrogeno e ioni fluoruro, H + F + HF. Conseguente la seguente espressione per [H +] SWS: [H +] SWS = [H +] F + [HSO4 + [HF] Tuttavia, il vantaggio di considerare questa complessità aggiuntiva dipende l'abbondanza di fluoruro nel mezzo. In acqua marina, per esempio, ioni solfato avvengono a concentrazioni molto maggiori (& gt; 400 volte) rispetto ai fluoro. Di conseguenza, per la maggior parte degli scopi pratici, la differenza tra le scale totali e acqua di mare è molto small.The tre equazioni che seguono riassumono le tre scale di pH: PHF = log [H +] FpHT = log ([H +] F + [HSO4) = log [H +] TpHSWS = log ([H +] F + [HSO4 + [HF]) = log [termini pratici H +] SWSIn, le tre scale di mare pH differiscono nei loro valori fino a 0,12 unità di pH, differenze che sono molto più grandi di la precisione delle misure di pH tipicamente richiesto, in particolare in relazione al sistema di carbonato dell'oceano. Dal momento che omette considerazione di ioni solfato e fluoruro, la scala libera è significativamente diversa da entrambe le scale totali e acqua di mare. A causa della scarsa importanza dello ione fluoro, scale totali e marina differiscono solo leggermente. Vivere systemspH nel vivere systemsCompartmentpHGastric acid0.7Lysosomes4.5Granules di cromaffini cells5.5Human skin5.5Urine6.0Neutral H2O a 37 C6.81Cytosol7.2Cerebrospinal fluido (CSF) sintomi 7.3Blood7.347.45Mitochondrial matrix7.5Pancreas secretions8.1General di acidosi, derivante dalla diminuzione nel corpo pH.The pH diversi compartimenti cellulari, fluidi corporei, e organi di solito è strettamente regolata in un processo chiamato acido-base homeostasis.The pH del sangue è di solito leggermente basica con un valore di pH 7,4. Questo valore è spesso indicato come pH fisiologico in biologia e medicine.Plaque può creare un ambiente acido locale che può provocare carie demineralisation.Enzymes e altre proteine hanno un range di pH ottimale e può diventare inattivato o denaturato fuori range.The più comune disturbo in equilibrio acido base è l'acidosi, che significa un sovraccarico acido nel corpo, generalmente definito dal pH al di sotto 7.35.In corpo, pH può essere stimata noto eccesso di basi (essere) e concentrazione di bicarbonato (HCO3) by la seguente equazione: I range di riferimento per esami del sangue, che mostra la concentrazione di protoni (viola) a sinistra. Si può notare che gli intervalli sono tenuti in un intervallo ristretto, e che i protoni liberi sono tra i composti con molto più piccole concentrazioni di massa. 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