محاسبه pH اسیدها و بازها؛ از غلظت یون تا پاسخ نهایی

pH چه چیزی را اندازه می‌گیرد؟

pH معیاری برای بیان غلظت یون هیدروژن در محلول است و از رابطه pH = −log[H⁺] به دست می‌آید؛ نماد [H⁺] یعنی غلظت مولی یون هیدروژن. هرچه [H⁺] بیشتر باشد، pH کمتر و محلول اسیدی‌تر است.

در دمای ۲۵ درجه سلسیوس، برای محلول‌های آبی رابطه pH + pOH = 14 برقرار است. همچنین pOH = −log[OH⁻] است؛ بنابراین در مسئله‌های مربوط به بازها معمولاً ابتدا pOH را محاسبه می‌کنیم و بعد آن را از ۱۴ کم می‌کنیم.

• pH کمتر از ۷: محلول اسیدی
• pH برابر ۷: محلول خنثی در ۲۵ درجه سلسیوس
• pH بیشتر از ۷: محلول بازی

از غلظت ماده به غلظت یون برس

در اسیدها و بازهای قوی، یونش را کامل در نظر می‌گیریم. با این حال نباید همیشه غلظت ماده را بی‌درنگ برابر غلظت یون بگیری؛ ضرایب واکنش یونش تعیین می‌کنند از هر مول ماده چند مول H⁺ یا OH⁻ ساخته می‌شود.

برای نمونه، HCl به ازای هر مول یک مول H⁺ می‌دهد، پس در محلول 0.01 مولار HCl داریم [H⁺] = 0.01 M. اما از یونش کامل Ba(OH)₂ به ازای هر مول، دو مول OH⁻ تولید می‌شود؛ پس در محلول 0.01 مولار آن، [OH⁻] = 0.02 M خواهد بود.

• فرمول ماده را بنویس
• معادله یونش را موازنه کن
• غلظت ماده را در ضریب یون مورد نظر ضرب کن
• سپس pH یا pOH را حساب کن

مثال حل‌شده: pH یک باز قوی

pH محلول 0.005 مولار کلسیم هیدروکسید، Ca(OH)₂، را در ۲۵ درجه سلسیوس به دست آورید. یونش کامل آن به صورت Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2OH⁻ است؛ بنابراین [OH⁻] = 2 × 0.005 = 0.010 M یا 10⁻² M.

اکنون pOH = −log(10⁻²) = 2 و در نتیجه pH = 14 − 2 = 12 است. پاسخ با انتظار کیفی هم سازگار است: کلسیم هیدروکسید یک باز است، پس pH محلول باید از ۷ بیشتر باشد.

توان‌های ده و تغییر یک‌واحدی pH

مقیاس pH لگاریتمی است. اگر غلظت یون هیدروژن ده برابر شود، pH یک واحد کاهش می‌یابد؛ برای مثال pH محلول با [H⁺] = 10⁻³ M برابر ۳ و با [H⁺] = 10⁻² M برابر ۲ است. پس اختلاف یک واحد pH به معنی اختلاف ده‌برابری غلظت یون هیدروژن است، نه اختلاف یک‌برابری.

در تمرین‌های پایه معمولاً غلظت به شکل توان صحیحی از ده داده می‌شود. اگر ضریب کنار توان وجود داشت، مانند 2 × 10⁻³، باید لگاریتم ضریب را نیز در محاسبه وارد کنی و مقدار پاسخ را با برآورد ذهنی کنترل کنی.

نکات کلیدی و خطاهای رایج

بیشتر خطاها پیش از مرحله لگاریتم رخ می‌دهند: نوع محلول اشتباه تشخیص داده می‌شود، ضریب یون نادیده می‌ماند یا pOH به جای pH گزارش می‌شود. نوشتن یک خط یونش و یک خط کنترل کیفی، پاسخ را قابل اعتمادتر می‌کند.

• غلظت مولی را با تعداد مول اشتباه نگیر
• ضریب H⁺ یا OH⁻ را از معادله یونش بخوان
• برای باز، پس از محاسبه pOH مقدار pH را به دست آور
• اسیدی یا بازی بودن جواب نهایی را کنترل کن
• رابطه pH + pOH = 14 را برای دمای ۲۵ درجه سلسیوس به کار ببر