เครื่องคำนวณค่าความเป็นกรด-ด่าง: แปลงความเข้มข้นของไอออนไฮโดรเจนเป็นค่าพีเอชออนไลน์

เครื่องคำนวณค่าพีเอชคืออะไร?

เครื่องคำนวณค่าพีเอชจะแปลงความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนเป็นค่าพีเอช โดยใช้สูตร pH = -log10([H+]) ซึ่ง [H+] คือความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในสารละลาย วัดเป็นโมลต่อลิตร (mol/L) ผลลัพธ์จะระบุตำแหน่งของสารละลายบนมาตราส่วนพีเอช ซึ่งโดยปกติอยู่ระหว่าง 0 ถึง 14 และแสดงว่าสารละลายเป็นกรด เป็นกลาง หรือเป็นเบส

พีเอชคืออะไร?

pH ย่อมาจาก "กำลังของไฮโดรเจน" ใช้บอกจำนวนไฮโดรเจนไอออนที่ละลายอยู่ในของเหลว ไฮโดรเจนไอออนคือโปรตอนเดี่ยว เขียนเป็น H+ สารละลายที่มีไฮโดรเจนไอออนจำนวนมากจะเป็นกรด ส่วนสารละลายที่มีไฮโดรเจนไอออนจำนวนน้อยจะเป็นเบส หรือเรียกว่าเป็นด่าง น้ำบริสุทธิ์อยู่ตรงกลางที่พีเอช 7 และเรียกว่าเป็นกลาง

ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนมักเป็นตัวเลขที่เล็กมาก เช่น 0.0001 mol/L หรือ 0.0000001 mol/L นักเคมีชาวเดนมาร์ก Søren Sørensen เสนอมาตราส่วนพีเอชในปี 1909 เพื่อให้นักเคมีสามารถเขียนตัวเลขเล็กเหล่านี้เป็นค่าที่เรียบง่ายและจัดการได้ง่ายแทน

สูตรพีเอช

สูตรสำหรับพีเอชคือ:

pH = -log₁₀[H+]

• พีเอชคือผลลัพธ์ ซึ่งโดยปกติเป็นตัวเลขระหว่าง 0 ถึง 14
• [H+] คือความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน มีหน่วยเป็นโมลต่อลิตร (mol/L)
• log₁₀ คือลอการิทึมฐาน 10

IUPAC กำหนดพีเอชจากแอกทิวิตีของไฮโดรเจนไอออนแทนที่จะใช้ความเข้มข้น แอกทิวิตีคือความเข้มข้นเชิงผลเมื่อไอออนรบกวนซึ่งกันและกัน ในสารละลายเจือจาง ค่าทั้งสองใกล้เคียงกัน และเครื่องคำนวณนี้ใช้ความเข้มข้น

เครื่องหมายลบจะกลับค่าลอการิทึม ดังนั้นไฮโดรเจนไอออนที่มากขึ้นจึงให้ค่าพีเอชต่ำลง และไฮโดรเจนไอออนที่น้อยลงให้ค่าพีเอชสูงขึ้น ความสัมพันธ์นี้เป็นไปในทิศทางตรงข้ามเสมอ: [H+] ที่สูงขึ้นหมายถึงพีเอชที่ต่ำลง และ [H+] ที่ต่ำลงหมายถึงพีเอชที่สูงขึ้น

เนื่องจากสูตรนี้เป็นลอการิทึม การเปลี่ยนแปลงแต่ละหนึ่งขั้นเต็มบนมาตราส่วนพีเอชจึงเท่ากับการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนสิบเท่า สารละลายที่มีพีเอช 4 มีไฮโดรเจนไอออนมากกว่าสารละลายที่มีพีเอช 5 สิบเท่า และมากกว่าสารละลายที่มีพีเอช 6 หนึ่งร้อยเท่า

วิธีคำนวณพีเอชจากความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน

1. หาความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในหน่วย mol/L
2. หาลอการิทึมฐาน 10 ของตัวเลขนั้น
3. คูณผลลัพธ์ด้วย -1

ความเข้มข้นต้องมากกว่า 0 mol/L ลอการิทึมของ 0 ไม่มีนิยาม ดังนั้นเครื่องคำนวณจึงขอให้ป้อนจำนวนบวกแทนการแสดงผลลัพธ์ เครื่องคำนวณเริ่มต้นด้วย [H+] = 1 × 10⁻⁷ mol/L ซึ่งเป็นค่าของน้ำบริสุทธิ์ที่ 25 °C และให้ค่าพีเอช 7.00

ตัวอย่าง 1

สารละลายมีความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนเท่ากับ 1 × 10⁻⁴ mol/L

pH = -log₁₀(1 × 10⁻⁴) = -(-4) = 4.00

สารละลายนี้เป็นกรด เนื่องจากมีพีเอชต่ำกว่า 7

ตัวอย่าง 2

สารละลายมีความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนเท่ากับ 6.3 × 10⁻⁵ mol/L

pH = -log₁₀(6.3 × 10⁻⁵) ≈ 4.20

สารละลายนี้ก็เป็นกรดเช่นกัน แต่มีความเป็นกรดน้อยกว่าสารละลายที่มีพีเอช 4.00 ข้างต้นเล็กน้อย เพราะมีไฮโดรเจนไอออนน้อยกว่า

มาตราส่วนพีเอช: กรด เป็นกลาง และเบส

• พีเอชต่ำกว่า 7: สารละลายที่เป็นกรด (มีไฮโดรเจนไอออนมากกว่า)
• พีเอชเท่ากับ 7: สารละลายที่เป็นกลาง (น้ำบริสุทธิ์ที่ 25 °C)
• พีเอชสูงกว่า 7: สารละลายที่เป็นเบสหรือด่าง (มีไฮโดรเจนไอออนน้อยกว่า)

โดยปกติจะแสดงมาตราส่วนตั้งแต่ 0 ถึง 14 แม้ว่าจะไม่มีขีดจำกัดล่างหรือบนที่ตายตัวก็ตาม กรดที่มีความเข้มข้นสูงมากอาจมีค่าต่ำกว่า 0 และเบสที่มีความเข้มข้นสูงมากอาจมีค่าสูงกว่า 14

ตัวเลขพีเอชที่สูงขึ้นหมายถึงความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนที่ต่ำลงเสมอ ไม่ใช่สูงขึ้น ตัวอย่างเช่น สารละลายที่มีพีเอช 4.05 มีไฮโดรเจนไอออนน้อยกว่าสารละลายที่มีพีเอช 4.00 โดยมีอยู่ประมาณ 8.9 × 10⁻⁵ mol/L ขณะที่สารละลายหลังมี 1.0 × 10⁻⁴ mol/L เรื่องนี้มีความสำคัญเมื่อตรวจสอบอิเล็กโทรดวัดพีเอชกับสารละลายบัฟเฟอร์อ้างอิง หากเครื่องวัดอ่านค่าพีเอช 4.05 แทนค่าพีเอชที่คาดไว้คือ 4.00 ของสารละลายบัฟเฟอร์ เครื่องกำลังตรวจวัดไฮโดรเจนไอออนที่น้อยกว่าปริมาณจริงในบัฟเฟอร์เล็กน้อย และอาจต้องสอบเทียบอิเล็กโทรดใหม่

คำถามที่พบบ่อย

คำนวณพีเอชจากความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนได้อย่างไร?

หาลอการิทึมฐาน 10 ของความเข้มข้นไฮโดรเจนไอออนในหน่วย mol/L แล้วคูณด้วย -1 สำหรับ [H+] = 1 × 10⁻⁵ mol/L จะได้ pH = -log₁₀(10⁻⁵) = 5.00

พีเอชกับความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนแตกต่างกันอย่างไร?

ทั้งสองค่าบรรยายสมบัติเดียวกันในสองรูปแบบ [H+] คือความเข้มข้น มีหน่วยเป็น mol/L ส่วนพีเอชคือลอการิทึมฐาน 10 เชิงลบของค่านี้ มาตราส่วนพีเอชเปลี่ยนตัวเลขความเข้มข้นที่เล็กมากให้เป็นค่าที่เรียบง่าย โดยอยู่ประมาณระหว่าง 0 ถึง 14

พีเอชที่สูงขึ้นหมายถึงมีไฮโดรเจนไอออนมากขึ้นหรือน้อยลง?

น้อยลง เนื่องจากเครื่องหมายลบในสูตร พีเอชกับความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนจึงเปลี่ยนแปลงในทิศทางตรงข้ามกัน พีเอชที่สูงขึ้นสอดคล้องกับ [H+] ที่ต่ำลงเสมอ และพีเอชที่ต่ำลงสอดคล้องกับ [H+] ที่สูงขึ้นเสมอ

พีเอชติดลบหรือสูงกว่า 14 ได้หรือไม่?

ได้ แม้จะพบไม่บ่อย กรดที่มีความเข้มข้นสูงมากอาจมีพีเอชต่ำกว่า 0 และเบสที่มีความเข้มข้นสูงมากอาจมีพีเอชสูงกว่า 14 สารละลายในชีวิตประจำวันส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 0 ถึง 14

น้ำบริสุทธิ์มีพีเอชเท่าใด?

น้ำบริสุทธิ์มีพีเอช 7.00 ที่ 25 °C และมีความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนเท่ากับ 1 × 10⁻⁷ mol/L ค่านี้นิยามว่าเป็นกลาง ซึ่งอยู่กึ่งกลางระหว่างกรดกับเบสบนมาตราส่วนมาตรฐาน

อุณหภูมิมีผลต่อการคำนวณพีเอชหรือไม่?

สูตร pH = -log₁₀[H+] ไม่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ แต่ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในน้ำที่เป็นกลางจะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ ดังนั้นค่าพีเอชที่ถือว่าเป็นกลางจึงเบี่ยงเบนจาก 7.00 เล็กน้อยเมื่ออุณหภูมิแตกต่างจาก 25 °C