pH : مقیاسی برای سنجش اسیدی یا بازی بودن محلول
اسیدها و بازها: ساکنان دنیای شیمی
برای درک مفهوم پیاچ، ابتدا باید با دو گروه مهم از مواد شیمیایی آشنا شویم: اسیدها و بازها. این مواد در اطراف ما فراوان هستند. طعم ترش لیمو به دلیل وجود اسید سیتریک[2] است. شویندههای ظرفشویی و صابون نیز معمولاً خاصیت بازی دارند. اسیدها موادی هستند که در محلول آبی میتوانند یون هیدروژن مثبت ($H^+$) آزاد کنند. بازها نیز موادی هستند که در محلول آبی میتوانند یون هیدروکسید منفی ($OH^-$) آزاد کنند یا یون هیدروژن را بپذیرند.
هنگامی که یک اسید و یک باز با هم ترکیب میشوند، یک واکنش شیمیایی رخ میدهد که به آن خنثیسازی میگویند. محصول این واکنش معمولاً آب و یک نمک است. مثلاً ترکیب سرکه (اسید استیک[3]) با جوش شیرین (سدیم بیکربنات، یک باز ضعیف) باعث تولید گاز دیاکسید کربن میشود که در پخت کیک کاربرد دارد.
| نمونه ماده | نوع | کاربرد/منبع | حدود پیاچ |
|---|---|---|---|
| آب لیموترش | اسیدی | طعمدهنده در غذا | 2 |
| سرکه | اسیدی | ترشی انداختن، تمیزکننده | 3 |
| آب خالص (در دمای 25 درجه سانتیگراد) | خنثی | آشامیدن، حلال جهانی | 7 |
| جوش شیرین (محلول) | بازی | پختوپز، ضد اسید معده | 8.5 |
| آمونیاک رقیق (محلول) | بازی | پاککنندهی خانگی | 11 |
پیاچ دقیقاً چیست و چگونه محاسبه میشود؟
پیاچ در سال ۱۹۰۹ توسط شیمیدان دانمارکی سورن سورنسن[4] معرفی شد. این مقیاس در واقع نشاندهندهی غلظت یونهای هیدروژن ($H^+$) در یک محلول است. نکتهی جالب این است که پیاچ یک مقیاس لگاریتمی[5] است. این به چه معناست؟ یعنی هر واحد کاهش در پیاچ (مثلاً از 6 به 5) به معنای ده برابر افزایش غلظت یون هیدروژن و در نتیجه ده برابر قویتر شدن خاصیت اسیدی است.
برای درک بهتر، آب خالص را در نظر بگیرید. در آب خالص، غلظت یون هیدروژن و هیدروکسید برابر و حدود $1 \times 10^{-7}$ مول بر لیتر است. اگر این عدد را در فرمول بالا قرار دهیم، پیاچ برابر 7 میشود. حال اگر اسیدی مانند جوهر نمک (اسید هیدروکلریک[6] رقیق) به آب اضافه کنیم، غلظت $H^+$ افزایش مییابد. مثلاً اگر غلظت به $1 \times 10^{-2}$ مول بر لیتر برسد، پیاچ آن برابر 2 خواهد شد. یعنی نسبت به آب خالص، $10^{5}$ (صد هزار) برابر یون هیدروژن بیشتر دارد!
چگونه پیاچ را اندازهگیری میکنیم؟
ما برای اندازهگیری پیاچ به ابزارهای آزمایشگاهی نیاز داریم. دو روش اصلی وجود دارد:
۱. کاغذ تورنسل[7] و کاغذ پیاچ: کاغذ تورنسل یک شناساگر[8] ساده است که فقط دو رنگ دارد: در مقابل اسید قرمز و در مقابل باز آبی میشود. اما کاغذ پیاچ دقیقتر است. این نوار کاغذی آغشته به مخلوطی از چند شناساگر است و با توجه به عدد پیاچ، رنگ متفاوتی ایجاد میکند. با مقایسهی رنگ نوار با یک جدول مقایسهرنگ (مخطط رنگ)، میتوان عدد پیاچ را تقریب زد. این روش سریع و ارزان است.
۲. پیاچمتر[9] (pH متر): این وسیلهای الکترونیکی و بسیار دقیق است. از یک الکترود[10] ویژه تشکیل شده که وقتی در محلول قرار میگیرد، با توجه به غلظت یون هیدروژن، یک سیگنال الکتریکی تولید میکند. پیاچمتر این سیگنال را به عدد پیاچ روی صفحهی نمایش تبدیل میکند. از این دستگاه در آزمایشگاهها، صنایع غذایی و تصفیهخانههای آب استفاده میشود.
اهمیت پیاچ: از بدن انسان تا حفاظت از محیط زیست
پیاچ فقط یک عدد در کتاب شیمی نیست؛ نقشی حیاتی در زندگی ایفا میکند. در بدن انسان، هر اندام و مایعی پیاچ مخصوص به خود را دارد تا آنزیمها و پروتئینها بتوانند وظیفهی خود را به درستی انجام دهند. به عنوان مثال، پیاچ خون باید همواره در محدودهی بسیار باریک و کمی بازی، بین 7.35 تا 7.45 حفظ شود. اگر این تعادل به هم بخورد، وضعیت خطرناکی به نام «اسیدوز» یا «آلکالوز» رخ میدهد.
مثال عملی: در معده، اسید هیدروکلریک قوی ترشح میشود تا هم به هضم غذا کمک کند و هم باکتریهای مضر را از بین ببرد. پیاچ معده میتواند بین 1.5 تا 3.5 باشد. زمانی که احساس سوزش سر دل میکنیم، ممکن است اسید معده به مری بازگردد. داروهای ضداسید حاوی مواد بازی (مانند منیزیم هیدروکسید) هستند که با خنثی کردن مقداری از اسید اضافه، این احساس را کاهش میدهند.
در کشاورزی، هر گیاهی برای رشد بهینه به خاک با پیاچ خاصی نیاز دارد. کشاورزان با آزمایش پیاچ خاک، میتوانند تصمیم بگیرند که آیا نیاز به اضافه کردن مواد آهکی (برای افزایش پیاچ و کاهش اسیدیته) یا گوگرد (برای کاهش پیاچ) دارند یا خیر. همچنین، تصفیهخانههای فاضلاب و آبهای صنعتی نیز به دقت بر پیاچ نظارت میکنند تا از ورود پسابهای بسیار اسیدی یا بازی که میتوانند به اکوسیستم رودخانهها و دریاچهها آسیب برسانند، جلوگیری شود.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
بله، امکان دارد. مقیاس پیاچ معمولاً بین 0 تا 14 برای محلولهای آبی رایج تعریف میشود. اما اسیدهای بسیار غلیظ (مانند اسید سولفوریک[11] غلیظ) میتوانند پیاچی منفی داشته باشند (مثلاً -1) و بازهای بسیار غلیظ نیز میتوانند پیاچی بالاتر از 14 (مثلاً 15) داشته باشند. این اعداد نشاندهندهی غلظت بسیار بالای یون هیدروژن یا هیدروکسید است.
خیر، قطعاً تغییر میکند. وقتی یک اسید را با آب رقیق میکنیم، غلظت یون هیدروژن در هر لیتر از محلول کاهش مییابد. از آنجایی که پیاچ رابطهی معکوسی با غلظت یون هیدروژن دارد، با رقیق کردن یک اسید، عدد پیاچ آن افزایش مییابد (به سمت 7 نزدیک میشود). برای مثال، پیاچ آب لیموی غلیظ ممکن است حدود 2 باشد. اگر آن را با مقدار زیادی آب مخلوط کنیم، پیاچ آن ممکن است به 4 یا 5 برسد.
هرگز! این یک اشتباه بزرگ و بسیار خطرناک است. بسیاری از اسیدها و بازها میتوانند به شدت خورنده باشند و باعث سوختگی شیمیایی جدی پوست، چشمها و بافتهای داخلی بدن شوند. شناسایی و اندازهگیری پیاچ باید فقط با ابزارهای مناسب مانند کاغذ پیاچ یا پیاچمتر و با رعایت کلیهی نکات ایمنی (مانند استفاده از دستکش و عینک محافظ) انجام شود.
پاورقی
[1] pH: مخفف Potential of Hydrogen (پتانسیل هیدروژن).
[2] Citric Acid.
[3] Acetic Acid.
[4] Søren Peder Lauritz Sørensen.
[5] Logarithmic Scale.
[6] Hydrochloric Acid (HCl).
[7] Litmus Paper.
[8] Indicator: مادهای که با تغییر رنگ، وجود اسید یا باز را نشان میدهد.
[9] pH Meter.
[10] Electrode.
[11] Sulfuric Acid (H₂SO₄).
