حاصل الضرب الأيوني للماء Kw · [H⁺][OH⁻]، ويساوي 1 × 10⁻¹⁴ عند 25 °C في الماء وفي كل محلول مخففالأس الهيدروجيني pH · −log[H⁺]: كلما صغر كان المحلول أكثر حمضيةpOH · −log[OH⁻]؛ وpH + pOH = 14
الشرح
يتأين الماء النقي قليلًا جدًا: H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻. وثابته، مع استبعاد المذيب، هو حاصل الضرب الأيوني للماء Kw = [H⁺][OH⁻] = 1 × 10⁻¹⁴ عند 25 °C (إضافة: تتغير Kw بتغير درجة الحرارة). وفي الماء النقي [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ mol/L ويكون الماء متعادلًا. وفي الحمض تكون [H⁺] أكبر من 10⁻⁷؛ وإذا ارتفع أحد الأيونين انخفض الآخر ليبقى الحاصل 10⁻¹⁴. ويزيل مقياس pH قوى العدد 10: pH = −log[H⁺] وpOH = −log[OH⁻] ومن ثم pH + pOH = 14. المحلول المتعادل pH له 7، والحمضي أقل من 7، والقاعدي أكبر من 7. ووحدة pH واحدة تعني عاملًا قدره 10 في [H⁺]. ونتجنب في هذه المادة الآلة الحاسبة: فإما أن تكون [H⁺] قوة مضبوطة للعدد 10 مثل 10⁻³ (أي pH 3)، وإما أن تُعطى log 2 = 0.30 وlog 3 = 0.48 وlog 5 = 0.70. وللتركيز [H⁺] = a × 10⁻ⁿ تكون pH = n − log a. والحمض القوي متأين تمامًا فتساوي [H⁺] تركيزه؛ وكذلك [OH⁻] للقاعدة القوية مثل NaOH. وللقاعدة أوجد pOH أولًا ثم اطرحها من 14.
pH = −log[H⁺] وليس log[H⁺]. ثم pH + pOH = 14.
ذهابًا وإيابًا، مع log 2 = 0.30. [H⁺] = 2 × 10⁻⁴ تعطي pH = 4 − 0.30 = 3.70. ومن pH 9: [H⁺] = 1 × 10⁻⁹ وpOH = 5 فـ [OH⁻] = 1 × 10⁻⁵. وتخفيف: الحجم 10 mL من HCl بتركيز 0.010 mol/L يحتوي 0.010 × 0.010 = 1.0 × 10⁻⁴ mol من الحمض؛ وفي 1.0 L يكون التركيز 1.0 × 10⁻⁴ mol/L فـ pH = 4. والتخفيف ألف مرة يغيّر pH بثلاث وحدات فقط. احذر: pH = −log[H⁺]؛ وحذف علامة السالب يعطي pH سالبة لحمض.
نشاط الفصل
ترتيب بعصير الكرنب، مع شخص بالغ. اعصر بيدك بضع ورقات من الكرنب الأحمر في كوب من الماء البارد لتحصل على عصير بنفسجي. صُبّ كميات متساوية في أربعة أكواب شفافة. أضف إلى الأول ملعقة صغيرة من الخل المنزلي، وإلى الثاني ملعقة صغيرة من عصير الليمون، وإلى الثالث ملعقة صغيرة من بيكربونات الصوديوم مذابة في الماء، وإلى الرابع ملعقة صغيرة من ماء الصنبور فقط. شاهد ماذا يحدث ورتّب الأكواب من الأكثر حمضية إلى الأكثر قاعدية بحسب اللون. هذا ترتيب فقط وليس قيمة pH. لا تذوق ولا تستخدم مواد تنظيف ولا مبيضًا ولا نشادرًا: واغسل الأكواب بعد ذلك. ثم علّم الأكواب الأربعة نقاطًا على شريط pH مرسوم بلا أرقام.
