حروف pH ایک بیکر میں آدھے پانی میں ڈوبے کھڑے ہیں، اور ان کے اوپر کا محلول ایک عمومی انڈیکیٹر کی طرح رنگ بدلتا ہے، سرخ سے پیلے اور سبز کے راستے نیلے اور بنفشی تک۔ بیورٹ سے ایک قطرہ گرتا ہے، سطح پر ایک حلقہ پھیلتا ہے، تہ سے بلبلے اٹھتے ہیں، مکسر گھومتا ہے، شیشے کے الیکٹروڈ کا گولا روشن ہوتا ہے۔ کونے کا آلہ ایک عدد دکھاتا ہے، اور نیچے انڈیکیٹر پٹی پر نشان اسی خانے تک پہنچ جاتا ہے۔
اکائی کا صفحہ
کیمیا اور تجربہ گاہ ورق 1/1 · نظرثانی 2026-09ہائیڈروجن اکسپونینٹ pH
SI سے باہر مقدار · مقدار: محلول کی تیزابیت، ہائیڈروجن آئنوں کی فعالیت کا بے بُعد لوگارتھم
ایک لوگارتھمی پیمانہ جس کی کوئی اکائی نہیں
1909 میں ڈنمارک کے کیمیا دان سورین سورینسن کارلسبرگ شراب خانے کی تجربہ گاہ میں یہ تحقیق کر رہے تھے کہ خامرے مالٹ کے رس کی تیزابیت پر کیسے منحصر ہیں، اور ہر روز 0.000 000 1 مول فی لیٹر جیسے ارتکاز لکھتے تھے۔ صفر گنتے گنتے تھک کر انہوں نے تجویز کیا کہ عدد کی بجائے صرف اس کا قوت نما منفی کی علامت ہٹا کر لکھا جائے، یوں ایک دس لاکھواں حصہ ایک سادہ سات بن گیا، اور تب سے تیزابیت ایسے عدد سے ناپی جاتی ہے جس کے پیچھے کوئی اکائی نہیں۔
یہ لکھنے کا طریقہ آسان مگر دھوکا دینے والا ہے: ایک اکائی کا قدم دس گنا تبدیلی ہے، اس لیے pH 3 والا محلول pH 5 والے سے ایک تہائی نہیں بلکہ سو گنا زیادہ تیزابی ہے، اور دو pH قدروں کو نہ جمع کیا جا سکتا ہے نہ ان کی اوسط لی جا سکتی ہے۔ pH 2 اور pH 4 کے محلولوں کے برابر حجم ملانے سے 3 نہیں بلکہ 2.30 حاصل ہوتا ہے، کیونکہ جمع خود ارتکاز ہوتے ہیں اور لوگارتھم مجموعے سے لیا جاتا ہے۔
یہ ورق دکھاتا ہے کہ ٹائٹریشن میں pH کیسا رویہ رکھتا ہے، سات صرف پچیس درجے پر ہی کیوں تعدیلی ہے، اور وہ مقدار جسے ہر ایکویریم والا ناپتا ہے آج بھی اس معاہدے کے بغیر سختی سے کیوں نہیں ناپی جا سکتی کہ ایک اکیلے آئن کی فعالیت کسے مانا جائے۔
چھوٹے p اور بڑے H سے لکھا جاتا ہے، ہمیشہ اسی ترتیب سے اور بغیر وقفے کے: pH، نہ کہ PH یا Ph، کیونکہ چھوٹا حرف ایک عمل اور بڑا حرف ایک کیمیائی عنصر ظاہر کرتا ہے۔ عدد علامت کے بعد آتا ہے، جیسے درجوں میں درجۂ حرارت: pH 7.40، اور اس کے بعد کوئی اکائی نہیں لکھی جاتی۔
pH نہ تیزاب کا ارتکاز ہے نہ اس کی طاقت: ایک ہی ارتکاز کا سرکہ اور ہائیڈروکلورک ایسڈ pH 2.9 اور 1.0 دیتے ہیں، اور ایک بفر بہت سا تیزاب رکھ کر بھی تقریباً تعدیلی عدد دکھا سکتا ہے۔ اسے pKa سے بھی نہ ملائیں، جو خود تیزاب کا ہے اور اس پر منحصر نہیں کہ کتنا ڈالا گیا، جبکہ pH محلول کا ہے۔
01 · تعریف
لوگارتھم · فعالیت · تعدیلی نقطہہائیڈروجن اکسپونینٹ pH محلول میں ہائیڈروجن آئنوں کی فعالیت کا الٹی علامت والا اعشاری لوگارتھم ہے۔ فعالیت بے بُعد ہے کیونکہ اسے ایک مول فی لیٹر کے معیاری ارتکاز کے لحاظ سے لیا جاتا ہے، اس لیے خود لوگارتھم بھی بے بُعد ہے: pH کسی اکائی میں نہیں ناپا جاتا، صرف ایک عدد سے ظاہر کیا جاتا ہے۔
ہلکے محلولوں میں فعالیت تقریباً ارتکاز کے برابر ہوتی ہے، اور تب pH کو سیدھا مول فی لیٹر سے نکالا جا سکتا ہے، جبکہ گاڑھے محلولوں اور سمندری پانی میں آئن ایک دوسرے کی راہ روکتے ہیں اور ارتکاز اور فعالیت کا فرق اکائی کے دسویں حصوں تک پہنچ جاتا ہے۔ پانی خود تھوڑا سا ہائیڈروجن اور ہائیڈروآکسائیڈ آئنوں میں ٹوٹتا ہے، 25 °C پر ان کی فعالیتوں کا حاصلِ ضرب 10⁻¹⁴ ہے، اور تعدیلی اس محلول کو کہتے ہیں جس میں دونوں برابر ہوں، یعنی pH 7۔
پانی کا آئنی حاصلِ ضرب درجۂ حرارت کے ساتھ تیزی سے بڑھتا ہے، اس لیے ابلنے پر تعدیلی نقطہ 6.13 تک گر جاتا ہے اور صفر درجے پر 7.47 تک چڑھ جاتا ہے؛ pH 7 والا محلول 50 °C پر پہلے ہی ہلکا اساسی ہوتا ہے، اگرچہ عدد وہی رہا۔
دو قطرے جو بیکر کا رنگ بدل دیتے ہیں
بائیں طرف بیورٹ سے 25 ملی لیٹر محلول والے بیکر میں ٹائٹرینٹ ٹپکتا ہے؛ مائع اپنے موجودہ pH کے مطابق عمومی انڈیکیٹر سے رنگا ہوا ہے، اور کونے کا آلہ عدد دکھاتا ہے۔ دائیں طرف ٹائٹریشن کا خم بڑھتا ہے: طے شدہ حصہ انڈیکیٹر کے رنگ میں موٹی لکیر سے بنا ہے، باقی پتلی سرمئی نقطے دار لکیر سے؛ افقی نقطے دار لکیر تعدیلی نقطہ pH 7 ہے، اور عمودی نقطۂ مساوات، جہاں ٹائٹرینٹ ٹھیک اتنا ڈالا گیا جتنا سارے تیزاب یا اساس کو چاہیے۔
pH 2 اور pH 4 ملائیں — تین نہیں بنے گا
pH 2 والے ایک لیٹر محلول میں مول کا سوواں حصہ ہائیڈروجن آئن ہوتے ہیں، اور pH 4 والے ایک لیٹر میں دس ہزارواں، چنانچہ ملانے کے بعد دو لیٹر میں 0.0101 مول ہوں گے، یعنی 0.00505 فی لیٹر، اور یہ pH 2.30 ہے۔ تیزابی محلول تقریباً پورا نتیجہ طے کرتا ہے، کم تیزابی صرف پتلا پن شامل کرتا ہے، اور اس لیے کئی نمونوں کا اوسط pH، اگر رپورٹ میں سادہ اوسط کے طور پر لکھا جائے، ہمیشہ ان میں سب سے تیزابی کے بارے میں غلط بات کہتا ہے۔
02 · تبدیلی
ارتکاز · مادے · درجۂ حرارتآلے کے عدد سے مول فی لیٹر تک
pH، ہائیڈروجن یا ہائیڈروآکسائیڈ آئنوں کا ارتکاز یا pOH درج کریں، اور ورق باقی سب کچھ حساب کرے گا، محلول کا موازنہ جانے پہچانے مادوں سے کرے گا اور دکھائے گا کہ کسی اور درجۂ حرارت پر تعدیلی نقطہ کہاں ہے۔ تمام ٹیبز میں محلول ایک ہی ہے؛ صرف وہ بدلتا ہے جس سے اس کا موازنہ ہو۔
یاد رکھنے کا قاعدہ: pH کی ہر اکائی ارتکاز میں دس گنا تبدیلی ہے، ہر 0.3 اکائی دوگنی۔
یہ حساب فعالیت کو ارتکاز کے برابر مانتا ہے، جو صرف ہلکے محلولوں کے لیے درست ہے؛ سمندری پانی، خون اور طاقتور تیزابوں میں فعالیتی ضریب کی تصحیح جواب کو ایک یا دو دسویں حصے سرکا دیتی ہے۔ مادوں کی pH قدریں عام ہیں، معیاری نہیں: لیموں کے رس، کافی اور بارش میں نمونے سے نمونے تک فرق آدھی اکائی تک پہنچتا ہے۔
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · پیمائشی آلات
کاغذ · شیشہ · پلاٹینم · بفرہائیڈروجن آئن کو کس سے پکڑا جاتا ہے
پٹی پر قوسِ قزح
عمومی انڈیکیٹر کئی رنگوں کا آمیزہ ہے، جن میں سے ہر ایک اپنے تنگ دائرے میں رنگ بدلتا ہے، یوں مل کر وہ پورے پیمانے کو سرخ سے بنفشی تک رنگ دیتے ہیں۔ پٹی کو محلول میں ڈبویا جاتا ہے، محلول کاغذ میں اوپر چڑھتا ہے، اور رنگ کو آنکھ سے چھپے ہوئے پیمانے سے ملایا جاتا ہے؛ درستی تقریباً ایک اکائی ہے، مگر جواب ایک سیکنڈ میں تیار ہوتا ہے اور کسی آلے کی ضرورت نہیں۔
شیشہ جو تیزاب محسوس کرتا ہے
خاص شیشے کا ایک پتلا گولا سطح پر پھولتا ہے، اور ہائیڈروجن آئن اس کی آب زدہ تہ سے جگہ بدلتے ہیں، یوں اندرونی اور بیرونی محلول کے درمیان پوٹینشل کا فرق پیدا ہوتا ہے۔ 25 °C پر یہ pH کی ہر اکائی پر 59.16 ملی وولٹ بدلتا ہے، اور گرم کرنے پر ڈھلان بڑھتی ہے، اس لیے ایک اچھا pH میٹر ہمیشہ درجۂ حرارت بھی ناپتا ہے۔
ساری برقی کیمیا کا صفر
اسفنجی پلاٹینم سیاہ سے ڈھکی پلاٹینم کی پلیٹ کو ایک بار کے دباؤ پر ہائیڈروجن سے دھویا جاتا ہے، اور اس پر گیس اور محلول کے ہائیڈروجن آئنوں کے درمیان توازن قائم ہوتا ہے۔ ایسا الیکٹروڈ بے ڈھنگا اور نخرے والا ہے، مگر اس کا پوٹینشل کسی واسطے کے بغیر خود تعریفی فارمولے کی پیروی کرتا ہے، اور انہی بنیادی بفروں کی تصدیق اسی سے ہوتی ہے جن پر دنیا کے تمام شیشے کے الیکٹروڈ کیلیبریٹ کیے جاتے ہیں۔
ہر پیمائش سے پہلے تین بیکر
شیشے کا الیکٹروڈ پرانا ہوتا ہے اور اس کا صفر اور ڈھلان کھسکتے ہیں، اس لیے کام سے پہلے آلے کو معلوم pH والے بفروں سے جانچا جاتا ہے، عموماً 25 °C پر 4.01، 7.00 اور 10.01، اور انہی سے سیدھی لکیر دوبارہ کھینچی جاتی ہے۔ ایسی کیلیبریشن کے بغیر آلہ دو اعشاری ہندسوں والا عدد دکھاتا ہے، مگر دوسرا ہندسہ صرف تب تک سچا ہے جب تک الیکٹروڈ کسی انجانے محلول میں نہ ڈالا جائے۔
05 · لکھنے کے اصول
علامت عدد سے پہلے · اکائی کے بغیر · درجۂ حرارت کے ساتھعدد علامت کے بعد، اکائی نہیں
علامت pH عدد سے پہلے لکھی جاتی ہے، پیمانے کے نام کی طرح، نہ کہ اس کے بعد اکائی کی طرح، اور کسی درست قدر کے ساتھ وہ درجۂ حرارت لکھا جاتا ہے جس پر وہ حاصل ہوئی۔
بائیں جانب پہلی سطر علامت کو عدد کے بعد رکھتی ہے، گویا pH کوئی اکائی ہو، دوسری بڑا P لکھتی ہے جس کا کیمیا میں کوئی مطلب نہیں، اور تیسری قوت نما کے ساتھ مول فی لیٹر جوڑتی ہے، حالانکہ مول صرف ارتکاز میں رہتے ہیں۔ چوتھی لوگارتھم کو فیصد میں بدلتی ہے، جس سے 0.3 کی کمی معمولی لگتی ہے، حالانکہ ہائیڈروجن آئن آدھے رہ گئے، پانچویں غیر موجود «اکائیاں» جوڑتی ہے، اور چھٹی وہاں لوگارتھموں کی اوسط لیتی ہے جہاں ارتکازوں کی اوسط لینی چاہیے۔
06 · ہمسایہ اکائیاں
ارتکاز · لوگارتھم · مقدارِ مادہpH کے لوگارتھم کے نیچے مول فی لیٹر میں ایک ارتکاز ہے، خود لوگارتھم اسے ڈیسی بیل کا رشتہ دار بناتا ہے جو اسی طرح درجنوں مراتب کو ایک چھوٹے پیمانے میں سمیٹتا ہے، اور مول واحد SI اکائی ہے جس کے ذریعے pH اس نظام سے جڑا ہے۔
وہی ارتکاز جس کا لوگارتھم لیا جاتا ہے، اور جس میں گنا جاتا ہے کہ کتنا تیزاب ڈالا گیا۔
یہ بھی بے بُعد لوگارتھم ہے، مگر طاقتوں کی نسبت کا اور دس کے ضربی کے ساتھ۔
مقدارِ مادہ، جس کے ذریعے pH بین الاقوامی نظامِ اکائیات سے جڑا ہے۔
07 · تاریخی حصہ
محفوظات · شراب خانے سے IUPAC تکصفر پیمانہ کیسے بنے
{title}
{text}
چار سیڑھیاں جو ایک صفحے پر نہیں سماتیں
ستون کی اونچائی pH 1، 2، 3 اور 4 کے لیے عام، غیر لوگارتھمی پیمانے پر ہائیڈروجن آئن کا ارتکاز ہے۔ ہر اگلا ستون پچھلے سے دس گنا نیچا ہے، اور چوتھا بمشکل نظر آتا ہے؛ فریم باری باری ان پر سے گزرتا ہے۔
سورینسن نے لوگارتھم خوبصورتی کے لیے نہیں چنا، بلکہ اس لیے کہ ورنہ جن مقداروں کے ساتھ وہ کام کرتے تھے وہ کسی کاغذ پر نہ سماتیں: pH 1 سے pH 7 تک سات سیڑھیاں ایک خطی پیمانے کو ایک کروڑ گنا پھیلا دیتیں۔
ایک مقدار جو معاہدے کے بغیر ناپی نہیں جا سکتی
تعریف ایک اکیلے ہائیڈروجن آئن کی فعالیت کی بات کرتی ہے، مگر حرحرکیات صرف مخالف بار والے آئنوں کی فعالیتوں کے حاصلِ ضرب ناپ سکتی ہے، کیونکہ محلول ہمیشہ برقی طور پر تعدیلی ہوتا ہے اور اس میں سے اکیلا آئن نکالا نہیں جا سکتا۔ لہٰذا سختی سے تعریف کے مطابق کوئی آلہ pH نہیں ناپتا؛ صرف وہ مقدار دستیاب ہے جس میں ہائیڈروجن کے ساتھ کلورائیڈ آئن بھی شامل ہوتا ہے۔
یہ خلا ایک معاہدے سے پُر ہوتا ہے: بیٹس–گگن ہائم کے ضابطے کے مطابق کلورائیڈ آئن کا فعالیتی ضریب محلولوں کے نظریے کے ایک سادہ فارمولے سے نکالا جاتا ہے، اور پھر ہائیڈروجن اور چاندی–سلور کلورائیڈ الیکٹروڈ والا ہارنیڈ سیل، مائع جوڑ کے بغیر، چند حوالہ بفروں کی بنیادی pH قدریں دیتا ہے۔ زمین پر باقی سب پیمائشیں کیلیبریشنوں کی ایک زنجیر کے ذریعے انہی بفروں پر ٹکی ہیں۔
یوں ہر pH عدد میں خود پیمائش کے علاوہ ایک معاہدہ بھی بیٹھا ہے، اور دو تجربہ گاہیں اکائی کے سوویں حصوں تک اس لیے متفق نہیں ہوتیں کہ انہوں نے ایک ہی فطرت ناپی، بلکہ اس لیے کہ انہوں نے ایک ہی ضابطہ اپنایا اور ایک ہی بفروں پر کیلیبریٹ کیا۔