Matematik ve kimya arasındaki güçlü bağlardan biri de günlük hayatta sıkça duyduğumuz pH kavramıdır. İçtiğimiz sudan kullandığımız temizlik ürünlerine kadar pek çok alanda karşımıza çıkan pH, aslında matematiksel bir temele dayanır. Konuya daha iyi hâkim olabilmek için önce pH’ın ne anlama geldiğine bakalım.
pH kelimesi, İngilizce “potential of hydrogen” ifadesinden gelir. Türkçede bu terim “hidrojenin gücü” anlamına karşılık gelir. İlk kez 1909 yılında, Danimarkalı kimyager Søren Sørensen, çözeltilerin asidik ya da bazik olma durumlarını ölçmek için bu kavramı kullanmıştır. Sørensen, birazdan detaylandıracağımız −log[H⁺] formülünü tanımlamış ve bu ifadeye pH adını vermiştir.
Bir çözeltinin asidik ya da bazik olma durumu, içindeki hidrojen (H⁺) ve hidroksit (OH⁻) iyonlarının derişimine bağlıdır. 19. yüzyılda yapılan çalışmalar sonucunda bilim insanları, saf suyun H⁺ derişimini 10⁻⁷ mol/L olarak bulmuştur. Ancak günlük hayatta bu şekilde bir pH değeriyle karşılaşmayız. Bunun nedeni, bu tür sayıların oldukça küçük olması ve okunup yorumlanmasının zor olmasıdır. İşte tam bu noktada matematik, özellikle de logaritma, devreye girer.
10⁻⁷ gibi küçük bir sayıyı ifade etmek yerine, matematikte bu sayının 10 tabanında negatif logaritması alınır. Böylece sayı sadeleşir ve 7 değerine dönüşür. Logaritma, bir sayının 10’un hangi kuvveti olduğunu bulmamızı sağlar. Negatif logaritma alındığında, sayının üssündeki eksi işareti giderilir ve daha anlaşılır bir ifade elde edilir. Örneğin, 10⁻⁷’nin −logaritması alındığında, sayı 7 olarak ifade edilir. Bu sayede logaritma, çok küçük ya da çok büyük sayıların daha kolay karşılaştırılmasını sağlar. Bu yönüyle logaritma, aslında evrensel bir ölçektir ve herkes için değerleri daha anlaşılır hâle getirir.
Saf suyun pH’ının 7 olarak gösterilmesini sağlayan denklem şu şekildedir:
pH = −log₁₀[H⁺]
Şimdi gelelim bu denklemin daha detaylı açılmış haline ve açıklamasına. Bu denklem, çözeltideki H⁺ derişimini daha anlaşılır bir sayıya dönüştürür ve bu değere pH adı verilir. Bu nedenle saf suyun pH’ı 7 olarak kabul edilir.
Birbirleri ile aynı ikizler gibi karıştırılan bir diğer konu pH kavramına oldukça benzeyen bir diğer kavram olan pOH’tur. pOH da çözeltilerin asidik ya da bazik olma durumlarını ölçer; ancak bu kez temel alınan iyon OH⁻ iyonlarıdır. pOH ölçeği, pH ölçeğinin tam tersidir. Bu ölçekte 0 ile 7 arası bazik, 7 ile 14 arası ise asidik özellik gösterir. Saf su nötr bir çözelti olduğu için OH⁻ derişimi de 10⁻⁷ mol/L’dir. Tıpkı pH’ta olduğu gibi, bu değerin de −logaritması alınır ve −log[OH⁻] = 7 sonucuna ulaşılır. Yani saf suyun pOH değeri de 7’dir.
Bu anlattıklarımızın en sonuna baktığımız zaman , günlük hayatta sürekli karşımıza çıkan pH değerleri, matematik sayesinde daha basit ve anlaşılır bir biçimde aktarılabilmekte ve sembolik olarak ifade edilebilmektedir. Görüldüğü gibi, kimya ve matematik bir araya geldiğinde, saklı kalmış yeni mucizeler ortaya çıkmaktadır. Gerçekten de “Evrenin dili matematiktir.”