Histoire Le concept de p [H] a été introduit par le chimiste danois Sren Peder Lauritz Srensen au Laboratoire Carlsberg en 1909 et révisé au pH moderne en 1924 après est devenu évident que la force électromotrice dans les cellules dépend de l'activité plutôt que la concentration d'ions hydrogène. On ne sait pas quelle est la définition exacte de p est. Quelques références suggèrent le p signifie eurs, d'autres se réfèrent au mot allemand otenz (ce qui signifie le pouvoir en allemand), d'autres encore se réfèrent à otentiel. Jens Norby a publié un document en 2000 en faisant valoir que p est une constante et représente logarithme egative; ce qui a aussi été utilisé dans d'autres ouvrages. H représente alors pour l'hydrogène. Selon la Fondation Carlsberg pH signifie "puissance de l'hydrogène". D'autres suggestions qui sont apparues au cours des années sont que le p signifie puissance (ce qui signifie aussi le pouvoir, mais alors le laboratoire Carlsberg était parlant français) ou que le pH signifie les termes latins pondus Hydrogenii ou potentia hydrogenii. Il est également suggéré que Srensen utilisé les lettres p et q (lettres en mathématiques couramment associé) simplement pour marquer la solution d'essai (p) et la solution de référence (q). Définitions mathématique DefinitionpH est défini comme étant le logarithme décimal négatif de l'activité d'ions hydrogène dans une solution. En vertu de sa nature logarithmique, le pH est une quantity.where adimensionnelle aH est l'activité (sans dimension) des ions hydrogène. La raison de cette définition est aH est une propriété d'un seul ion, qui ne peut être mesuré expérimentalement au moyen d'une électrode sélective d'ions qui répond, selon l'équation de Nernst pour l'activité des ions hydrogène. Le pH est généralement mesurée à l'aide d'une électrode de verre combinée, qui mesure la différence de potentiel ou une force électromotrice, E, entre une électrode sensible à l'activité des ions hydrogène et une électrode de référence telle qu'une électrode au calomel ou une électrode en chlorure d'argent. L'électrode de verre combinée suit idéalement l'équation de Nernst: où E est un potentiel mesuré, E0 est le potentiel d'électrode standard, qui est, le potentiel de electode pour l'état standard dans lequel l'activité est un. R est la constante des gaz, T est la température en degrés Kelvin, F est la constante de Faraday, et n est le nombre d'électrons transférés, une dans ce cas. Le potentiel d'électrode, E est proportionnelle au logarithme de la définition de l'ion hydrogène, par lui-même est tout à fait impraticable, car l'activité d'ions hydrogène est le produit de la concentration et un coefficient d'activité. Le coefficient d'activité d'ion unique de l'ion hydrogène est une quantité qui ne peut être mesuré expérimentalement. Pour contourner cette difficulté, l'électrode est étalonné en termes de solutions de définition opérationnelle connu une activité de pH est officiellement défini par la norme internationale ISO 31-8 comme suit: Pour une solution X, mesurer d'abord l'EX de l'galvanique de force électromotrice électrode CellReference | solution concentrée de KCl || solution X | H2 | Ptand puis de mesurer également l'ES d'une cellule galvanique qui diffère de la précédente que par le remplacement de la solution X de pH inconnu, le pH (X) force électromotrice, par une solution de S d'un pH standard connu, le pH (S). Le pH de X est puison différence entre le pH de la solution X et le pH de la solution étalon ne dépend que de la différence entre les deux potentiels mesurés. Ainsi, le pH est obtenu à partir d'un potentiel mesuré avec une électrode étalonnée par rapport à une ou plusieurs normes de pH; un réglage du pH-mètre est ajustée de telle sorte que le compteur de lecture pour une solution d'une norme est égale à la valeur du pH (S). Les valeurs pH (S) pour une gamme de solutions standards S, ainsi que d'autres détails, sont donnés dans les recommandations de l'IUPAC. Les solutions standards sont souvent décrits comme solution tampon standard. Dans la pratique, il est préférable d'utiliser deux ou plusieurs tampons standard pour permettre de petits écarts de Nernst-loi idéalité réelles électrodes. A noter qu'en raison de la température se produit dans les équations de définition, le pH d'une solution est la température dependent.Measurement des valeurs de pH extrêmement faibles, tels que des eaux d'exhaure très acides, nécessite des procédures spéciales. L'étalonnage de l'électrode dans de tels cas peut être effectué avec des solutions étalons d'acide sulfurique concentré, dont les valeurs de pH peuvent être calculées à l'aide des paramètres Pitzer pour calculer l'activité coefficients.pH est un exemple d'une fonction d'acidité. Les concentrations d'ions hydrogène peuvent être mesurés dans des solvants non aqueux, mais cela conduit, en effet, à une fonction d'acidité différente, parce que l'état standard pour un solvant non aqueux est différent de l'état standard pour l'eau. Superacides sont une classe d'acides non aqueux, pour laquelle la fonction d'acidité de Hammett, H0, a été développé. p [H] Ce fut la définition originale de Srensen, qui a été remplacée en faveur du pH. [quand?] Cependant, il est possible de mesurer la concentration en ions d'hydrogène directement, si l'électrode est calibrée en fonction de la concentration en ions d'hydrogène. Une façon de faire qui a été largement utilisée consiste à titrer une solution de concentration connue d'un acide fort avec une solution de concentration connue d'une base forte en présence d'une concentration relativement élevée de l'électrolyte de fond. Etant donné que les concentrations d'acide et d'alcali sont connues, il est facile de calculer la concentration d'ions hydrogène de telle sorte que le potentiel mesuré peut être corrélée avec les concentrations. L'étalonnage est habituellement effectuée en utilisant un tracé Gran. La calibration yieds une valeur du potentiel standard d'électrode, E0, et un facteur de pente, f, de telle sorte que l'équation de Nernst dans la formcan être utilisée pour déterminer les concentrations en ions hydrogène à partir de mesures expérimentales de E. Le facteur de pente est habituellement légèrement inférieure à une . Un facteur inférieur à 0,95 indique que la pente de l'électrode ne fonctionne pas correctement. La présence de l'électrolyte de fond garantit que le coefficient d'activité d'ions hydrogène est effectivement constante pendant le titrage. Comme il est constant à sa valeur peut être réglée sur une en définissant l'état standard comme étant la solution contenant de l'électrolyte de fond. Ainsi, l'effet de l'utilisation de cette procédure est de faire de l'activité égale à la valeur numérique de concentration.Procédé différence entre p [H] et le pH est assez faible. Il a été dit que le pH = p [H] + 0,04. Malheureusement, il est pratique courante d'utiliser le terme "pH" pour les deux types de mesure. pOHpOH est parfois utilisée en tant que mesure de la concentration en ions hydroxyde, OH, ou de l'alcalinité. pOH ne se mesure pas indépendamment, mais est dérivé du pH. La concentration d'ions hydroxyde dans l'eau est liée à la concentration d'ions hydrogène par [OH = KW /[H +] où KW est la constante d'auto-ionisation de l'eau. Prenant cologarithmspOH = Pkw pH.So, à la température ambiante pOH 14 pH. Cependant, cette relation ne soit pas strictement valable dans d'autres circonstances, comme dans les mesures de l'alcalinité du sol. ApplicationsSome eau typique pH valuesPure a un pH d'environ 7; les valeurs exactes dépendent de la température. Lorsqu'un acide est dissous dans l'eau, le pH soit inférieur à 7, et quand une base ou un alcali, on dissout dans de l'eau, le pH sera supérieur à 7. Une solution d'un acide fort, tel que l'acide chlorhydrique, à une concentration dm3 1 mol a un pH de 0. une solution d'un alcali fort, tel que l'hydroxyde de sodium, à une concentration de 1 dm3 mol a un pH de 14. ainsi, des valeurs de pH mesurées sont la plupart du temps compris entre 0 et 14. Etant donné que le pH est une échelle logarithmique une différence d'une unité de pH est équivalent à une différence de dix fois dans l'ion hydrogène concentration.Because l'électrode de verre (et d'autres ions d'électrodes sélectives) répond à l'activité, l'électrode doit être calibré dans un milieu similaire à celui étudié. Par exemple, si l'on veut mesurer le pH d'un échantillon d'eau de mer, l'électrode doit être calibré dans une solution qui ressemble à l'eau de mer, dans sa composition chimique, tel que décrit below.An mesure approximative du pH peut être obtenu en utilisant un indicateur de pH. Un indicateur de pH est une substance qui change de couleur autour d'une valeur de pH donnée. Il est un acide faible ou une base faible et le changement de couleur se produit autour d'une unité de pH de chaque côté de sa constante de dissociation acide, ou un pKa, la valeur. Par exemple, l'indicateur décisif d'origine naturelle est rouge dans des solutions acides (pH & lt; 7) et bleu dans alcalin (pH & gt; 7) des solutions. Indicateur universel consiste en un mélange d'indicateurs tels qu'il ya un changement de couleur en continu d'environ pH 2 à pH 10. papier indicateur universel est simple papier qui a été imprégné avec indicateur indicator.Universal universel componentsIndicatorLow pH colorTransition pH PlageHaute pH colorThymol bleu (premier transition) red1.22.8orangeMethyl redred4.46.2yellowBromothymol blueyellow6.07.6blueThymol bleu (deuxième transition) de la solution de yellow8.09.6bluePhenolphthaleincolorless8.310.0purpleA dont est pH 7 est dit neutre, qui est, il est ni acide, ni basique. L'eau est soumise à une auto-ionisation process.H2O H + OHThe constante de dissociation, KW, a une valeur d'environ 10 à 14, donc dans une solution neutre d'un sel à la fois la concentration en ions d'hydrogène et concentration en ions hydroxyde sont d'environ 10-7 mol dm-3. Le pH de l'eau pure diminue avec l'augmentation des températures. Par exemple, le pH de l'eau pure à 50 ° C est de 6,55. On notera toutefois que l'eau qui a été exposé à l'air est légèrement acide. Ceci est parce que l'eau absorbe le dioxyde de carbone de l'air, qui est ensuite converti lentement en acide carbonique, qui se dissocie pour libérer des ions d'hydrogène: CO2 + H2O H2CO3 HCO3 + H + Calcul du pH pour faible et forte acidsIn le cas d'un acide fort, il une dissociation complète, de sorte que le pH est simplement égale à moins du logarithme de la concentration en acide. Par exemple, une solution 0,01 molaire d'acide chlorhydrique a un pH de og (0,01), qui est, un pH = 2. Le pH d'une solution d'un acide faible peut être calculé au moyen d'une table de glace. Pour les acides ayant un pKa supérieur à environ 2, pH = (log pKa c0), où c0 est la concentration de l'acide. Ceci est équivalent à l'acide faible de Burrows pH equationA méthode plus générale est la suivante. Prenons le cas de la dissolution d'un acide faible, HA, dans l'eau. Tout d'abord écrire l'équilibre expression.HA A + H + La constante d'équilibre pour cette réaction est spécifiée bywhere [] indique une concentration. La concentration analytique des deux réactifs, CA pour [A et CH pour la [H +] doit être égal à la somme des concentrations des espèces qui contiennent des réactifs. CH est la concentration de minéraux ajoutés acid.CA = [A + Ka [A [H +] CH = [H +] + Ka [A [H +] A partir de la première equationSubstitution de cette expression dans les deuxièmes givesThis équation simplifie à une équation quadratique le concentrationSolution d'ions hydrogène de cette équation donne [H +] et par conséquent pH.This procédé peut également être utilisé pour des acides polyprotiques. Par exemple, pour l'acide oxalique, l'acide diprotique, l'écriture A2 pour l'ion oxalate, CA = [A2 + 1 [A2 [H +] + 2 [A2 [H +] 2CH = [H +] + 1 [A2 [H +] + 22 [ ,,,0],A2 [H +] 2où 1 et 2 sont des constantes de protonation cumulatifs. En suivant le même mode opératoire de son remplacement à partir de la première équation dans la seconde, une équation cubique [H +] résultats. En général, le degré de l'équation est l'un de plus que le nombre de protons ionisables. La solution de ces équations peuvent être obtenues assez facilement à l'aide d'un tableur EXCEL ou d'origine. Le pH a toujours une quantité de données correspondant à des fractions du nombre de chiffres significatifs de la concentration. pH natureHydrangea fleurs macrophylla sont soit rose ou bleu, en fonction de la mobilisation et l'absorption de l'aluminium du sol en fonction du pH dans les pigments végétaux plants.pH-dépendants qui peuvent être utilisées comme indicateurs de pH se produit dans de nombreuses plantes, y compris l'hibiscus, le tagète, le rouge chou (anthocyanes), et le vin rouge. SeawaterThe pH de l'eau de mer joue un rôle important dans le cycle du carbone de l'océan et il existe des preuves de l'acidification des océans continue causée par les émissions de dioxyde de carbone. Cependant, la mesure du pH est compliquée par les propriétés chimiques de l'eau de mer, et plusieurs échelles de pH distinctes existent dans oceanography.As chimique une partie de sa définition opérationnelle de l'échelle de pH, l'IUPAC définir une série de solutions tampons à travers une gamme de valeurs de pH (souvent notée avec NBS ou désignation NIST). Ces solutions ont une force ionique relativement faible (~ 0,1) par rapport à celle de l'eau de mer (~ 0,7), et par conséquent ne sont pas recommandés pour une utilisation dans la caractérisation du pH de l'eau de mer car les différences de force ionique provoquent des changements dans le potentiel de l'électrode. Pour résoudre ce problème, une alternative série de tampons à base d'eau de mer artificielle a été développée. Cette nouvelle série résout le problème des différences de force ionique entre les échantillons et les mémoires tampons, et la nouvelle échelle de pH est appelée l'échelle totale, souvent désigné par pHT.The échelle totale a été définie en utilisant un milieu contenant des ions sulfate. Ces protonation ions d'expérience, H + + SO42 HSO4, de telle sorte que l'échelle totale inclut l'effet des deux protons (ions d'hydrogène libre) et des ions sulfate d'hydrogène: [H +] T = [H +] F + [HSO4An autre échelle, l'échelle libre, souvent désigné FSP, omet cette considération et se concentre uniquement sur [H +] F, en principe, ce qui en fait une représentation simplifiée de la concentration en ions hydrogène. Analytiquement, seulement [H +] T peut être déterminée, par conséquent, [H +] F doit être estimée en utilisant le [SO42 et la constante de stabilité de HSO4, KS *: [H +] F = [H +] T [HSO4 = [H +] T (1 + [SO42 /KS *) 1However, il est difficile d'estimer KS * dans l'eau de mer, ce qui limite l'utilité de l'échelle scale.Another libre autrement plus simple, connu comme l'échelle de l'eau de mer, pHSWS souvent désignés, tient compte d'un autre la relation entre la protonation des ions hydrogène et des ions fluorure, H + F HF. Résultant de l'expression suivante pour [H +] SWS: [H +] SWS = [H +] F + [HSO4 + [HF] Cependant, l'avantage de tenir compte de cette complexité supplémentaire dépend de l'abondance de fluorure dans le milieu. Dans l'eau de mer, par exemple, des ions sulfate se produisent à des concentrations beaucoup plus importantes (& gt; 400 fois) que ceux du fluor. Par conséquent, à des fins plus pratiques, la différence entre les échelles totales et l'eau de mer est très small.The après trois équations résument les trois échelles de pH: pHF = log [H +] FpHT = log ([H +] F + [HSO4) = log [H +] TpHSWS = log ([H +] F + [HSO4 + [HF]) = log [pratique H +] SWSIn, les trois échelles d'eau de mer de pH diffèrent dans leurs valeurs jusqu'à 0,12 unités de pH, les différences qui sont beaucoup plus grandes que la précision des mesures de pH généralement nécessaire, en particulier en ce qui concerne le système de carbonate de l'océan. Comme il omet l'examen des ions sulfate et fluorure, l'échelle libre est significativement différente des deux échelles totales et l'eau de mer. En raison de la faible importance relative de l'ion fluorure, les échelles totales et l'eau de mer ne diffèrent que très légèrement. Vivre systemspH à vivre systemsCompartmentpHGastric acid0.7Lysosomes4.5Granules de chromaffines cells5.5Human skin5.5Urine6.0Neutral H2O à 37 C6.81Cytosol7.2Cerebrospinal fluide (CSF) symptômes 7.3Blood7.347.45Mitochondrial matrix7.5Pancreas secretions8.1General d'acidose, résultant de la diminution dans le corps pH.The pH des différents compartiments cellulaires, des fluides corporels et des organes est habituellement étroitement régulée dans un processus appelé acide-base homeostasis.The pH du sang est généralement légèrement basique avec une valeur de pH 7,4. Cette valeur est souvent désigné comme le pH physiologique de la biologie et medicine.Plaque peut créer un environnement acide local qui peut entraîner la carie dentaire par demineralisation.Enzymes et d'autres protéines ont une gamme de pH optimal et peut devenir inactivé ou dénaturé en dehors de cette plage.Procédé plus trouble fréquent dans l'homéostasie acide-base est acidose, ce qui signifie une surcharge acide dans le corps, généralement définie par le pH tombant en dessous de 7.35.In le corps, le pH peut être estimée à partir excès connu de base (être) et la concentration de bicarbonate (HCO3) par l'équation suivante: les valeurs de référence pour les tests sanguins, montrant la concentration de protons (violets) à gauche. On peut voir que les plages sont maintenus dans une fourchette étroite, et que les protons libres sont parmi les composés avec les très petites concentrations de masse. 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