pH (קיצור המילים:power/potentialHydrogenium. בעברית:ערך הֲגָבָה אורמת חומציות) הוא מדד מספרי לרמתחומציות שלתמיסהמימית, המתבסס על ריכוזם של יוניהידרוקסיד ע"פ יחס לוגריתמי הפוך לריכוזהידרוניום () הידועה בתמיסה. את המושג הציג לראשונה הכימאי הדניסרן סרנסן(אנ') ב-1909.
האותp מייצגתחזקה (באנגלית: power) או פוטנציאל (potential), במשמעות שלריכוז.
בשנת 1909, הכימאי הדני Søren Peter Lauritz Sørensen הציג את מושג ה-pH במעבדת קרלסברג, במקור השתמש בסימון "pH•", עם H• כחתימה לאותיות קטנות p. המושג תוקן מאוחר יותר ב-1924 ל-pH המודרני כדי להתאים להגדרות ומדידות במונחים של תאים אלקטרוכימיים.
סורסנסן לא הסביר מדוע השתמש באות p, והמשמעות המדויקת של האות עדיין שנויה במחלוקת. Sørensen תיאר דרך למדידת pH באמצעות הבדלי פוטנציאל, והיא מייצגת את ריכוז יוני המימן בתמיסה בערכים של 10 בחזקת מינוס המדד. האות p יכולה לייצג את ה-puissance הצרפתית, הגרמנית Potenz, או פוטנציה דנית, שכולן משמעותן "כוח", או שהיא יכולה לומר "פוטנציאל".
ניתן למדוד את רמת ה-pH בעזרתאינדיקטור 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 הםלקמוס,פנולפתלאין,מתילן אדום,מתילן כחול וקונגו אדום. גםתה והחומר האדום בכרוב 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 מדידתפוטנציאל החיזור התקני של התמיסה (למעשה, במד pH קיימתממברנת 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 במשוואת נרנסט.
הערך מתייחס לרמת החומציות שלמים מזוקקים, אותמיסה מימית נייטרלית אחרת בטמפרטורה של 25 מעלות סלציוס. משמעותו של pH=7 היא שריכוז יוני ההידרוניום (+H3O) שווה לריכוז יוני ההידרוקסיד (-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 הםבסיסיים יותר, בהם ריכוז ה-+H3O נמוך מריכוז-OH. ערכים נמוכים מ-7 מייצגיםחומציותלוגריתמי (לפיבסיס 10), כלומר ההבדל בין pH 1 ל-pH 2 הוא יחס ריכוזים שונה פי 10. לדוגמה, בקפה שחור עם ערך pH=5 החומציות גבוהה פי 100 מבמים, בעגבנייה, שלה pH=4 החומציות גבוהה פי 1,000 מבמים, בחומץ 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 בטבע הן בתחום pH זה. עם זאת, אין שום משמעות מיוחדת לערכים 0 או 14 שמונעת לעבור אותם, ועבורחומצות אובסיסים חזקים במיוחד ייתכן pH שחורג מתחום זה. למשל, לתמיסתHCl 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=_3.6.
ישנן כמה סיבות שבגללן pH שלילי אינו נפוץ והוא קשה למדידה:
גם חומצות חזקות אינן נפרדות לחלוטין ליונים כשהן בריכוז גבוה. למשל, ניתן לצפות כי תמיסתHCl 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 המימן נותרים קשורים ליוני הכלור, כיוון שהמערכת מגיעה לשיווי משקל. אמנם בקבוע שיווי משקל הגדול מ- (10 בחזקת 10) ניתן לומר שהתגובה ההפוכה היא זניחה, כי כמות החומר המומרת חזרה לתוצרים היא זניחה, אך תמיד ניתן למצוא את עקבות כל החומרים בתמיסה.
pH שלילי ניתן להשגה במבנים פורוזיבים מאוד (בעלי נקבוביות), אך קשה למדוד את רמת החומציות בתוך הנקבובית.
הערה: הסימון+H לסימון יוני מימן נפוץ מאוד בספרות, אם כי הוא אינו מדויק מבחינה כימית. למעשה, יון המימן מגיב עם מולקולת המים לתת יון הידרוניום+H3O, ואינו קיים כפרוטון בסביבה מימית. למרות זאת, השימוש בסימון+H השתרש, וניתן להשתמש בו, כל עוד משמעותו מובנת.
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:
תגובה זו נקראת תגובתדיסוציאציה. זוהיתגובת שיווי משקל, ולכן מכפלת ריכוזי היונים קבועה (כאשר הטמפרטורה קבועה). בניסויים נמצא כי מכפלת הריכוזים שווה כמעט בדיוק. בתמיסה נייטרלית, ריכוז יוני ההידרוניום שווה לריכוז יוני ההידרוקסיד. אם משלבים נתון זה עם כך שמכפלתם שווה ל- בטמפרטורה של C° 25, אפשר להסיק כי בתמיסה נייטרלית מתקיים:
, ולכן,
.
זהו ריכוז נמוך מאוד, והוא לרוב זניח כאשר מחשבים pH של תמיסה של חומצה או בסיס.
כיוון שתגובת הדיסוציאציה של המים להידרוניום ולהידרוקסיד אנדותרמית הרי שלפיעקרון 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.
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 & Technology34 (2), 254–258. (תקציר |מאמר מלא (HTML) |מאמר מלא (PDF))
^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.
