សូលុយស្យុងទឹកនិង pH

ស្រមៃថាមានមនុស្សពីរនាក់ឈរជាប់គ្នា ។ ម្នាក់ហុចមួករបស់ខ្លួនទៅម្នាក់ទៀត ហើយម្នាក់ទៀតហុចមួករបស់ខ្លួនមកវិញ ។ គ្មានមួកបាត់ទេ — វាគ្រាន់តែផ្លាស់កន្លែង ។ ម៉ូលេគុលទឹកធ្វើដូចគ្នា ។ ម៉ូលេគុល H₂O មួយហុចប្រូតុង H⁺ ទៅម៉ូលេគុល H₂O មួយទៀត ។ អ្នកហុចក្លាយជា OH⁻ ។ អ្នកទទួលក្លាយជា H₃O⁺ ។ ដូច្នេះទឹកសុទ្ធមិនមានអ៊ីយ៉ុងសោះឡើយ — វាមានអ៊ីយ៉ុងតិចៗជានិច្ច ។ បាតុភូតនេះហៅថា ស៊ីយ៉ុងកម្មទឹក (ឬអូតូប្រូតូលីសនៃទឹក) ។

នៅក្នុងមេរៀននេះ គេសរសេររូបមន្តអ៊ីយ៉ុងក្នុងតង្កៀបការ៉េ ។ [H₃O⁺] មានន័យថា «កំហាប់អ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូញ៉ូម គិតជាម៉ូលក្នុងមួយលីត្រ» ។ ដូចគ្នា [OH⁻] គឺកំហាប់អ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូកស៊ីត ។ តង្កៀបមិនមែនជាសញ្ញាគុណទេ ។ វាជាពាក្យកាត់ «កំហាប់នៃ…» ។

ស្រមៃថាអ្នកមានប្រាក់ 100 រៀល ហើយចែកវាជាពីរកាបូប ។ អ្នកអាចដាក់ 30 និង 70 ឬ 10 និង 90 ឬ 50 និង 50 ។ ប៉ុន្តែ ផលបូក នៅតែ 100 ជានិច្ច ។ ក្នុងទឹក វាដូចគ្នាប៉ុន្តែជា ផលគុណ ។ បើ [H₃O⁺] កើន [OH⁻] ត្រូវចុះ ។ ផលគុណរបស់វានៅថេរ ។ ផលគុណនេះហៅថា ផលគុណអ៊ីយ៉ុងនៃទឹក តាងដោយ $K_w$ ។

កំហាប់ [H₃O⁺] មានលេខតូចខ្លាំងណាស់ ៖ 0.0000001 ឬ 0.00000000000001 ។ ការសរសេរលេខបែបនេះយូរៗ ងាយច្រឡំ ។ ដូច្នេះគេប្រើលេខខ្លីមួយជំនួស ។ ស្រមៃថាអ្នករាប់ជណ្ដើរជាន់ ៖ អ្នកមិននិយាយថា «ខ្ពស់ 100000 មីលីម៉ែត្រ» ទេ អ្នកនិយាយថា «ជាន់ទី 7» ។ pH ធ្វើដូចគ្នា ។ វាប្រាប់ថា [H₃O⁺] ជា $10^{-7}$ ឬ $10^{-3}$ ដងនៃ 1 mol/L ។ ដូច្នេះ pH តូច = អាស៊ីតខ្លាំង ។ pH ធំ = បាសខ្លាំង ។

គេចូលចិត្តនិយាយថា «pH ៧ ជាណឺត» ។ នេះពិតតែនៅសីតុណ្ហភាព 25 °C ប៉ុណ្ណោះ ។ ព្រោះ $K_w$ ប្រែប្រួលតាមសីតុណ្ហភាព ។ នៅសីតុណ្ហភាពផ្សេង ចំណុចណឺតអាចខុសពី ៧ ។ តែទំនាក់ទំនង pH + pOH = p$K_w$ នៅតែពិតជានិច្ច ។

អ្នកអាចដឹង pH ដោយ ៖ (១) ដាក់តំណក់អង្គធាតុចង្អុលពណ៌ ហើយមើលពណ៌ប្រែ (២) ជ្រលក់ក្រដាសចង្អុល pH ហើយធៀបពណ៌នឹងតារាងពណ៌ (៣) ជ្រលក់អេឡិចត្រូតនៃ pH ម៉ែត្រ ហើយអានលេខនៅអេក្រង់ ។ វិធីទី ១ និងទី ២ លឿននិងថោក តែបានតែ pH ប្រហែល ។ វិធីទី ៣ បានលេខជាក់លាក់ តែថ្លៃ ។

ថេរ៖ ផលគុណអ៊ីយ៉ុងនៃទឹក $K_w$

$$K_w=[{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}][\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}]=1.0\times 10^{-14}(25{}^{\circ }\mathrm{C})$$

- $K_w$ ៖ ផលគុណអ៊ីយ៉ុងនៃទឹក (ឯកតា៖ mol²·L⁻² តែសៀវភៅសរសេរតម្លៃជាចំនួនថេរ)

- $[{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}]$ ៖ កំហាប់អ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូញ៉ូម (ឯកតា៖ mol·L⁻¹)

- $[\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}]$ ៖ កំហាប់អ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូកស៊ីត (ឯកតា៖ mol·L⁻¹)

- សីតុណ្ហភាព៖ 25 °C

- ចំណាំ៖ $K_w$ ជាតម្លៃថេរ តែតែនៅសីតុណ្ហភាពកំណត់មួយ ។ បើសីតុណ្ហភាពកើន $K_w$ ក៏កើន (តារាងទី 3.1) ។

- ទម្រង់បំប្លែង៖ $[{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}]=K_w/[\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}]$, $[\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}]=K_w/[{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}]$

សៀវភៅបោះពុម្ពតម្លៃ $K_w$ ពីរខុសគ្នា នៅសីតុណ្ហភាពតែមួយ គឺ 25 °C ៖ អត្ថបទនៅទំព័រ ៨១ សរសេរថា $K_w=(1.0\times 10^{-7})(1.0\times 10^{-7})=1.0\times 10^{-14}$ ។ តែជួរទី ២៥ °C នៃតារាងទី 3.1 បោះពុម្ពថា $K_w=1.2\times 10^{-14}$ ។ យើងរក្សាទាំងពីរដូចដែលបានបោះពុម្ព ហើយមិនលាយវាទេ ។ ក្នុងលំហាត់ទាំងអស់នៃមេរៀននេះ សៀវភៅប្រើ $1.0\times 10^{-14}$ ។ ដូច្នេះពេលគណនាតាមលំហាត់ ត្រូវប្រើ $1.0\times 10^{-14}$ ។ ចំណែក $1.2\times 10^{-14}$ ជាតម្លៃក្នុងតារាង ។ បើសំណួរប្រឡងឲ្យ «តាមតារាងទី 3.1» ត្រូវប្រើ $1.2\times 10^{-14}$ ។

តារាងទី 3.1 ៖ $K_w$ នៅសីតុណ្ហភាពកំណត់

អានតារាងនេះយ៉ាងណា ៖ សីតុណ្ហភាពកើនពី 0 °C ដល់ 50 °C តែ $K_w$ កើនជាង ៤០ ដង ។ ដូច្នេះស៊ីយ៉ុងកម្មទឹកកើនឡើង កាលណាសីតុណ្ហភាពកើន ។

តារាងទី 3.2 ៖ កំហាប់ និង $K_w$

អត្ថបទបន្ទាប់ពីតារាង ៖ កំហាប់អ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូញ៉ូមក្នុងសូលុយស្យុងសម្តែងលក្ខណៈអាស៊ីត ហើយកំហាប់អ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូកស៊ីតក្នុងសូលុយស្យុងសម្តែងលក្ខណៈបាស ។ មើលជួរទី ៦ និងទី ៧ ៖ សូលុយស្យុងខ្លាំងទាំងពីរមានកំហាប់ 0.025 M ដូចគ្នា តែមួយជាអាស៊ីត មួយទៀតជាបាស ។ ដូច្នេះកំហាប់មិនប្រាប់ថាអាស៊ីត ឬបាសទេ — អ៊ីយ៉ុងណាច្រើនជាង ទើបប្រាប់ ។

កំហាប់អ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូញ៉ូម និងកំហាប់អ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូកស៊ីតក្នុងទឹកសុទ្ធស្មើគ្នា ។ ដូច្នេះ សូលុយស្យុងណាដែល [H₃O⁺] = [OH⁻] ជាសូលុយស្យុងណឺត ។ ក្នុងសូលុយស្យុងមួយ បើ [H₃O⁺] ធំជាង [OH⁻] សូលុយស្យុងនោះជា អាស៊ីត ។ តែបើ [OH⁻] ធំជាង [H₃O⁺] នោះវាជា សូលុយស្យុងបាស ។

កំហាប់ [H₃O⁺] និង [OH⁻] របស់សូលុយស្យុងណឺតនៅ 25 °C ស្មើនឹង $1.0\times 10^{-7}$ M ដូចគ្នា ។ ដូចនេះ បើ [H₃O⁺] កើនជាង $1.0\times 10^{-7}$ M សូលុយស្យុងប្រែជាអាស៊ីត ។ ឧទាហរណ៍ សូលុយស្យុងដែលមាន [H₃O⁺] = $1.0\times 10^{-5}$ mol ក្នុង 1 លីត្រ នៅ 25 °C ជាសូលុយស្យុងអាស៊ីត ព្រោះ $1.0\times 10^{-5}$ ធំជាង $1.0\times 10^{-7}$ ។ បើ [OH⁻] កើនជាង $1.0\times 10^{-7}$ M សូលុយស្យុងប្រែជាបាស ។ ឧទាហរណ៍ សូលុយស្យុងដែលមាន [OH⁻] = $1.0\times 10^{-4}$ mol/L នៅ 25 °C ជាសូលុយស្យុងបាស ព្រោះ $1.0\times 10^{-4}$ ធំជាង $1.0\times 10^{-7}$ ។

លក្ខណៈអាស៊ីត ឬបាសរបស់សូលុយស្យុងមួយ អាស្រ័យនឹងកំហាប់អ៊ីយ៉ុង [H₃O⁺] ក្នុងសូលុយស្យុង ។ កំហាប់នេះត្រូវប្រើលេខតូចៗប៉ុន្មាន mol·L⁻¹ ចំពោះសូលុយស្យុងអាស៊ីតខ្លាំងតែ $10^{-14}$ ឬ [UNCLEAR: last line of printed page 83 — the sentence is cut by the page foot and continues on page 84; the exponent is legible as 10⁻¹⁴] ។ ដូច្នេះគេបង្កើតមាត្រដ្ឋានមួយហៅថា មាត្រដ្ឋាន pH ដើម្បីសរសេរកំហាប់តូចៗនេះជាលេខខ្លី ។

កំហាប់ [H₃O⁺] អាចធ្លាក់ដល់ $10^{-15}$ mol·L⁻¹ ចំពោះសូលុយស្យុងបាសខ្លាំង ។ ប៉ុន្តែគេកម្រិតកំហាប់អ៊ីយ៉ុង [H₃O⁺] នៅចន្លោះ ៖ $1.0\times 10^{-14}$ mol·L⁻¹ ≤ [H₃O⁺] ≤ 1.0 mol·L⁻¹ ។ យើងឃើញថា កំហាប់ $10^{-14}$ mol·L⁻¹ តូចណាស់បើធៀបនឹងកំហាប់ 1.0 mol·L⁻¹ (តូចជាង $10^7$ កែដង [UNCLEAR: «កែដង» — the two clusters after $10^7$ cannot be confirmed; probably «ដង»]). ហេតុនេះហើយទើបគេនិយមប្រើទំហំ pH ។ នៅឆ្នាំ 1909 គីមីវិទូជនជាតិដាណឺម៉ាកឈ្មោះ លោក ស្វើរ៉េន ស្វើរ៉េនសេន (Søren Sørensen) បានស្នើឲ្យប្រើគំនិតមួយឈ្មោះថា «pH» ។ pH មកពីពាក្យបារាំង «Potentiel hydrogène» មានន័យថា «សក្តានុពលអ៊ីដ្រូសែន» ។

«pH នៃសូលុយស្យុង គឺជាទំហំថ្នាក់នឹងឡើងទៅកាន់ [UNCLEAR: the four words between «សូលុយស្យុង» and «គេទទួលបាន» are low-contrast in the scan] គេទទួលបានកំហាប់អ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូញ៉ូម [H₃O⁺] របស់សូលុយស្យុង» (កំហាប់គិតជា mol·L⁻¹) ។ និយាយឲ្យខ្លី ៖ pH ជាលេខដែលប្រាប់កំហាប់ H₃O⁺ ក្នុងសូលុយស្យុង ។

ដោយកំហាប់ [H₃O⁺] មានតម្លៃតូចពេក ជាទូទៅគេបញ្ជាក់វាក្នុងទម្រង់ជាស្វ័យគុណគត់ និងអធិវិធម៌នៃ 10 ។ ឧទាហរណ៍ ៖ $10^{-3}$, $10^{-5}$ ឬ $10^{-8}$ mol·L⁻¹ ។

បើកំហាប់ $[{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}]=1.0\times 10^{-n}$ mol·L⁻¹ គេថា pH នៃសូលុយស្យុងស្មើ $n$ (pH = $n$) ។ ហេតុអ្វី? ព្រោះ $\log (1.0\times 10^{-n})=-n$ ហើយ pH = $-\log [{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}]=n$ ។ ដូច្នេះពេលកំហាប់ជាស្វ័យគុណគត់នៃ 10 យើងអាន pH បានភ្លាមដោយមិនប្រើម៉ាស៊ីនគិតលេខ ។

សូលុយស្យុងណឺតមួយនៅ 25 °C មានកំហាប់អ៊ីយ៉ុង [H₃O⁺] = $1\times 10^{-7}$ M ។ ដូច្នេះលោការីតនៃ $1\times 10^{-7}$ គឺ $-7.0$ ។ តម្លៃ pH គណនាបាន ៖

$$\mathrm{pH}=-\log [{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}]=-\log (1\times 10^{-7})=-(-7.0)=7.0$$

ទំហំ pH និងកំហាប់អ៊ីយ៉ុង [H₃O⁺] ប្រែប្រទីសទៅវិញ (រូបទី 3.3) [UNCLEAR: the verb printed between «ត្រូវ» and «ទៅវិញ» reads ប្រ+ទី+ស; the sense "vary inversely" is confirmed by the two ⇔ lines and by figure 3.3] ៖

• បើ pH ធំ ⇔ កំហាប់ [H₃O⁺] តូច ។
• បើ pH តូច ⇔ កំហាប់ [H₃O⁺] ធំ ។

នៅត្រង់ពេលដែលកំហាប់អ៊ីយ៉ុង [H₃O⁺] ច្រើនជាង 10 នោះ តម្លៃ pH ត្រូវកើន 1 ឯកតា [UNCLEAR: printed with no exponent after 10 and with the verb កើន ("increase"); the direction reads oddly against the two ⇔ lines above, so the verb and the exponent cannot be confirmed].

គេកំណត់ភាពណឺត ភាពអាស៊ីត ភាពបាសនៃសូលុយស្យុងមួយតាមតម្លៃ pH របស់វា ។ នៅសីតុណ្ហភាព 25 °C ៖

• មជ្ឈដ្ឋានណឺត pH = 7.0 ⇔ [H₃O⁺] = $1.0\times 10^{-7}$ mol·L⁻¹
• មជ្ឈដ្ឋានអាស៊ីត pH < 7.0 ⇔ [H₃O⁺] > $1.0\times 10^{-7}$ mol·L⁻¹
• មជ្ឈដ្ឋានបាស pH > 7.0 ⇔ [H₃O⁺] < $1.0\times 10^{-7}$ mol·L⁻¹

ដូចគ្នាដែរ «pOH នៃសូលុយស្យុងមួយ គឺជាទំហំថ្នាក់នឹងឡើងទៅកាន់ [UNCLEAR: same low-contrast wording as the pH definition on page 84] កំហាប់អ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូកស៊ីល [OH⁻]» ។ និយាយឲ្យខ្លី ៖ pOH ជាលេខដែលប្រាប់កំហាប់ OH⁻ ក្នុងសូលុយស្យុង ។