מה זה pH - מדריך להבנת חומצה מול בסיס

מה זה חומצה ומה זה בסיס?

נתחיל עם המילים חומצי ובסיסי, שהם ערכי קיצון המתארים תמיסות, בדיוק כפי שמים חמים וקרים הם ערכי קיצון המתארים טמפרטורה. כשם שערבוב מים חמים וקרים מאזן את הטמפרטורה, ערבוב חומצות ובסיסים יכול לבטל את ההשפעות הקיצוניות שלהם, ואז הם נחשבים ניטרלים.

בעבודת מעבדה יש לעתים חשיבות רבה לקביעת דרגות ה-pH של החומרים הנמצאים בשימוש. רמות ה-pH הנכונות מבטיחות את איכות המוצר, ושומרות על עמידה בתקני בטיחות עבור תעשיות רבות, כולל קוסמטיקה, מזון ותרופות. זו הסיבה שחיוני עבור תעשיות אלו למדוד במדויק את רמת ה-pH בשלבים שונים של תהליכי ייצור המוצרים שלהן.

רמות pH של חומציות ובסיסיות

סולם ה-pH יכול לקבוע אם נוזל הוא חומצי יותר או בסיסי יותר, כשם שסולם פרנהייט או צלזיוס משמש למדידת טמפרטורה. טווח סולם ה-pH הוא בין 0 ל-14, החל מחומצי מאוד ועד בסיסי מאוד. pH של 7 הוא ניטרלי, pH נמוך מ-7 הוא חומצי וגדול מ-7 הוא בסיסי.

כל ערך pH שלם מתחת ל-7 הוא חומצי פי עשרה מהערך הגבוה הבא. לדוגמה, pH של 4 הוא חומצי פי עשרה מ-pH של 5 ופי מאה (10x10) יותר חומצי מ-pH של 6. זה נכון לגבי ערכי pH מעל 7, שכל אחד מהם בסיסי פי עשרה מהערך השלם הנמוך הבא. דוגמה לכך היא ש-pH של 10 הוא בסיסי פי עשרה מ-pH של 9.

תרשים של סולם ה-pH

אינדיקטורים של חומצה-בסיס

אינדיקטור חומצה-בסיס הוא חומצה חלשה או בסיס חלש. לאינדיקטורים יש תכונה שימושית מאוד - הם משנים צבע בהתאם ל-pH של התמיסה בה הם נמצאים. שינוי צבע זה אינו מתרחש ב-pH קבוע, אלא בהדרגה על פני טווח של ערכי pH.

טווח זה נקרא מרווח שינוי צבע. כל אינדיקטור pH מוגדר על ידי טווח pH שימושי. לדוגמה, פנולפתלאין משתנה מחסר צבע ב-8.0 לוורוד ב-10.0. לברומתימול כחול יש טווח שימושי מ-6.0 (צהוב) ל-7.6 (כחול).

בהמשך תראו טבלה מלאה של אינדיקטורים נפוצים של pH עם טווחי pH עולים.

איך משתמשים באינדיקטורים נוזליים?

אינדיקטורים נוזליים של pH משמשים לבדיקת תמיסות אחרות. כמה טיפות של האינדיקטור הנכון, שנוספות לתמיסה לא ידועה, יכולות לקבוע את ערך ה-pH של התמיסה.

כימאים משתמשים במדד pH בהליך מעבדתי נפוץ הנקרא טיטרציה. חומר לא ידוע נמדד על ידי הוספה זהירה של תמיסה בריכוז ידוע, עד להגעה לנקודה ניטרלית. הנקודה הניטרלית מסומנת על ידי שינוי צבע של אינדיקטור pH, המעורבב עם התמיסה הלא ידועה.

איך מודדים pH בשיטות נוספות?

ניירות בדיקה הנקראים נייר לקמוס - בנוסף לאינדיקטורים נוזליים, קיימים ניירות בדיקה מכוילים, הספוגים באינדיקטורי pH. רמת ה-pH נקבעת על ידי טבילת הרצועה בנוזל המיועד לבדיקה, והשוואת הצבע שלה עם תרשים צבעים סטנדרטי המסופק עם נייר ה-pH.

קריאה דיגיטלית באמצעות מד pH אלקטרוני - בשנים האחרונות, הביקוש למדידת pH גדל באופן דרמטי. זה כולל יישומי סביבה, חקלאות, שפכים, תרופות וחינוך, אם למנות רק כמה. מדי בדיקה אלקטרוניים שולחניים, קוראים את רמת ה-pH עד לרזולוציות של 0.001.

כמו כן קיימים גם מדי בדיקה ניידים וקטנים, המתאימים למגוון רחב של צורכי בדיקה, ברמת דיוק של 0.1 או 0.01 pH. לרוב, מדי pH אלה כוללים ערכי בופר מובנים לכיול מהיר ואוטומטי וכן פיצוי טמפרטורה אוטומטי, אשר מבטלים שגיאות מדידה הנגרמות משינויים בטמפרטורת התמיסה.

מדדי pH אלקטרוניים דורשים כיול תקופתי, באמצעות תמיסות כיול בעלות ערכים סטנדרטיים (הנקראות לעיתים תמיסות בופר או תמיסות מגן). סטנדרטים אופייניים הם pH 4.01, pH 7.01 ו-pH 10.01.

טבלת טווח / אינדיקטור pH

מדדי pH לבדיקת חומצה-בסיס הם תמיסות בעלות צבע אופייני ברמות pH מסוימות. הם משמשים לווידוא חזותי של חומציות או בסיסיות בתמיסה מימית (על בסיס מים).

מדדי pH בדרך כלל משנים צבע בטווח של שתי יחידות pH. הם פועלים רק בתמיסות חסרות צבע, בהן ניתן לראות שינוי צבע, ויכולים לתת רק ערך pH משוער. הטבלה שלהלן מציגה רשימה של מדדי pH נפוצים במעבדה.

טווח pH	אינדיקטור
0.2 (אדום) - 1.8 (צהוב) ו-7.2 (צהוב) - 8.8 (אדום)	Cresol Red
1.2 (אדום) - 2.8 (צהוב) ו-7.4 (צהוב) - 9.0 (סגול)	Cresolphthalein (meta)
1.2 (אדום) - 2.8 (צהוב) ו-7.4 (צהוב) - 9.0 (סגול)	Cresol Purple
1.2 (אדום) - 2.8 (צהוב)	Thymol Blue
2.9 (סגול) - 4.6 (ירוק)	Methyl Orange - Xylene Cyanol
3.0 (צהוב) - 4.6 (כחול)	Bromophenol Blue
3.0 (כחול) - 5.0 (אדום)	Congo Red
3.0 (אדום) - 6.3 (צהוב)	Methyl Orange
4.0 (אדום) - 5.6 (צהוב)	Alizarin Red S
4.0 (צהוב) - 5.6 (כחול)	Bromocresol Green
4.0 (חסר צבע) - 6.6 (ירוק)	Dichlorofluorescein
4.2 (ורוד) - 6.2 (צהוב)	Methyl Red
4.6 (ורוד) - 5.2 (כחול/ירוק)	Bromocresol Green / Methyl Red
5.2 (צהוב) - 6.6 (סגול)	Bromocresol Purple
5.2 (צהוב) - 6.8 (אדום)	Chlorophenol Red
6.0 (צהוב) - 7.6 (כחול)	Bromothymol Blue
6.8 (צהוב) - 8.2 (אדום)	Phenol Red
7.3 (חסר צבע/אדמדם) - 8.7 (כחול/ירוק)	Naphtholphthalein (alpha)
8.0 (חסר צבע) - 10 (ורוד)	Phenolphthalein
8.2 (חסר צבע) - 9.8 (סגול/אדום)	Cresolphthalein (ortho)
8.8 (חסר צבע) - 10.5 (כחול)	Thymolthalein
11.6 (כחול) - 14.0 (צהוב)	Indigo Carmine