กรดและด่างเป็นสองตำแหน่งที่รุนแรงในระดับเดียวกัน: คุณสมบัติของกรด (ตรงข้ามกันโดยสิ้นเชิง) ถูกกำหนดโดยค่าเดียวกัน - ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน (H+) อย่างไรก็ตาม ตัวเลขนี้ไม่สะดวกนักแม้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดซึ่งมีความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนสูงกว่า ตัวเลขนี้คือหนึ่งในร้อย หนึ่งในพันของหน่วย ดังนั้น เพื่อความสะดวก พวกเขาใช้ลอการิทึมทศนิยมของค่านี้ คูณด้วยลบหนึ่ง เป็นเรื่องปกติที่จะบอกว่านี่คือ pH (potentia Hydrogen) หรือตัวบ่งชี้ไฮโดรเจน
การเกิดขึ้นของแนวคิด
โดยทั่วไป ความจริงที่ว่าสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน H + และยิ่งความเข้มข้นสูงเท่าใด สารละลายที่เป็นกรดก็จะยิ่งมีความเป็นกรดมากขึ้น (และในทางกลับกัน H + ยิ่งต่ำลง ความเข้มข้น ยิ่งสภาพแวดล้อมมีความเป็นด่างมากขึ้น และความเข้มข้นของไอออน OH ที่ตรงกันข้ามก็จะยิ่งสูงขึ้น) เป็นที่ทราบกันดีในทางวิทยาศาสตร์มาเป็นเวลานาน อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งในปี 1909 นักเคมีชาวเดนมาร์ก Sørensen ได้ตีพิมพ์งานวิจัยเป็นครั้งแรกซึ่งเขาใช้แนวคิดของดัชนีไฮโดรเจน - PH ต่อมาแทนที่ด้วย pH
การคำนวณความเป็นกรด
เมื่อคำนวณดัชนี pH ถือว่าโมเลกุลของน้ำในสารละลาย แม้ว่าจะมีปริมาณเล็กน้อย แต่ก็ยังแยกตัวออกเป็นไอออน ปฏิกิริยานี้เรียกว่า autoprotolysis ของน้ำ:
H2O H+ + OH-
ปฏิกิริยาสามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นจึงกำหนดค่าคงที่สมดุลสำหรับปฏิกิริยานั้น (แสดงความเข้มข้นเฉลี่ยของแต่ละองค์ประกอบ) นี่คือค่าคงที่สำหรับสภาวะมาตรฐาน - อุณหภูมิ 22 °C.
ด้านล่างในวงเล็บเหลี่ยม - ความเข้มข้นของโมลของส่วนประกอบที่ระบุ ความเข้มข้นโมลาร์ของน้ำในน้ำจะอยู่ที่ประมาณ 55 โมล/ลิตร ซึ่งเป็นค่าอันดับสอง ดังนั้นผลคูณของความเข้มข้นของ H+ และ OH- ประมาณ 10-14 ค่านี้เรียกว่าผลิตภัณฑ์ไอออนิกของน้ำ
ในน้ำบริสุทธิ์ ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนและไฮดรอกไซด์ไอออนเท่ากับ 10-7 ดังนั้นค่า pH ของน้ำจะอยู่ที่ประมาณ 7 ค่า pH นี้ถือเป็นสภาพแวดล้อมที่เป็นกลาง
ต่อไป คุณต้องละสายตาจากน้ำและพิจารณาสารละลายกรดหรือด่าง ยกตัวอย่างเช่น กรดอะซิติก. ผลิตภัณฑ์ไอออนิกของน้ำจะยังคงเหมือนเดิม แต่ความสมดุลระหว่างไอออน H+ และ OH- จะเลื่อนไปทางเดิม: ไฮโดรเจนไอออนจะ มาจากกรดอะซิติกที่แยกส่วนบางส่วน และไอออนไฮดรอกไซด์ "พิเศษ" จะเข้าไปในโมเลกุลของน้ำที่ไม่แยกตัวออกจากกัน ดังนั้นความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนจะสูงขึ้นและ pH จะลดลง (ไม่จำเป็นลืมไปว่าลอการิทึมมีเครื่องหมายลบ) ดังนั้นกรดและด่างจึงสัมพันธ์กับค่า pH และมีการเชื่อมต่อในลักษณะดังต่อไปนี้ ยิ่งค่า pH ต่ำ สภาพแวดล้อมก็จะยิ่งเป็นกรดมากขึ้น
สมบัติที่เป็นกรด
สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดคือสารละลายที่มีค่า pH น้อยกว่า 7 ควรสังเกตว่าแม้ว่าค่าของผลิตภัณฑ์ไอออนิกของน้ำในแวบแรกจะจำกัดค่า pH ในช่วง 1 ถึง 14 ในความเป็นจริง สารละลายที่มีค่า pH น้อยกว่าหนึ่ง (และน้อยกว่าศูนย์) และมากกว่า 14 มีอยู่ ตัวอย่างเช่น ในสารละลายเข้มข้นของกรดแก่ (กำมะถัน ไฮโดรคลอริก) pH สามารถเข้าถึง -2.
ความสามารถในการละลายของสารบางชนิดอาจขึ้นอยู่กับว่าเรามีสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือเป็นด่าง ตัวอย่างเช่น ใช้โลหะไฮดรอกไซด์ ความสามารถในการละลายถูกกำหนดโดยค่าของผลิตภัณฑ์ความสามารถในการละลาย ซึ่งมีโครงสร้างเหมือนกับผลิตภัณฑ์ไอออนของน้ำ: ความเข้มข้นแบบทวีคูณ ในกรณีของไฮดรอกไซด์ ผลิตภัณฑ์ที่ละลายได้จะรวมถึงความเข้มข้นของไอออนของโลหะและความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออน ในกรณีของไฮโดรเจนไอออนที่มากเกินไป (ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด) พวกมันจะ "ดึง" ไอออนของไฮดรอกไซด์ออกจากตะกอนอย่างแข็งขันมากขึ้น ซึ่งจะทำให้สมดุลไปอยู่ในรูปแบบที่ละลายได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความสามารถในการละลายของตะกอน
ควรกล่าวด้วยว่าทางเดินอาหารของมนุษย์ทั้งหมดมีสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด: ค่า pH ของน้ำย่อยมีตั้งแต่ 1 ถึง 2 การเบี่ยงเบนจากค่าเหล่านี้ขึ้นหรือลงอาจเป็นสัญญาณของโรคต่างๆ
คุณสมบัติของสื่ออัลคาไลน์
Bในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง ค่า pH จะใช้ค่าที่มากกว่า 7 เพื่อความสะดวก ในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นสูงของไฮดรอกไซด์ไอออน ตัวบ่งชี้ค่า pH ของความเป็นกรดจะถูกแทนที่ด้วยตัวบ่งชี้ค่า pH ของความเป็นด่าง pOH มันง่ายที่จะเดาว่ามันแสดงถึงค่าที่เท่ากับ -lg[OH-] (ลอการิทึมทศนิยมลบของความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออน) โดยตรงจากผลิตภัณฑ์ไอออนิกของน้ำตามค่า pH ที่เท่ากัน + pOH=14 ดังนั้น pOH=14 - pH ดังนั้น สำหรับข้อความทั้งหมดที่เป็นจริงสำหรับดัชนี pH ข้อความที่ตรงกันข้ามจะเป็นจริงสำหรับดัชนีความเป็นพื้นฐานของ pOH หากค่า pH ของตัวกลางที่เป็นด่างมีขนาดใหญ่ตามคำจำกัดความ แสดงว่าค่า pH ของตัวกลางนั้นเล็กอย่างเห็นได้ชัด และยิ่งสารละลายด่างมีความเข้มข้นมากเท่าใด ค่า pOH ก็จะยิ่งต่ำลง
ประโยคนี้เพิ่งแนะนำความขัดแย้งเชิงตรรกะที่ทำให้การสนทนาสับสนเกี่ยวกับความเป็นกรดจำนวนมาก: ความเป็นกรดต่ำบ่งบอกถึงความเป็นกรดสูงและในทางกลับกัน: ค่า pH สูงสอดคล้องกับความเป็นกรดต่ำ ความขัดแย้งนี้ปรากฏขึ้นเนื่องจากลอการิทึมมีเครื่องหมายลบและมาตราส่วนความเป็นกรดกลับด้าน
ความหมายเชิงปฏิบัติของความเป็นกรด
ตัวชี้วัดที่เรียกว่าใช้เพื่อกำหนดความเป็นกรดของตัวกลาง โดยปกติสิ่งเหล่านี้เป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งจะเปลี่ยนสีขึ้นอยู่กับ pH ของตัวกลาง ตัวบ่งชี้เปลี่ยนสีในช่วง pH ที่แคบมาก: ใช้ในการไทเทรตกรด-เบสเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ: การไทเทรตจะหยุดทันทีที่ตัวบ่งชี้เปลี่ยนสี
ตัวชี้วัดที่มีชื่อเสียงที่สุดคือเมทิลส้ม (ช่วงการเปลี่ยนภาพในภูมิภาคที่มีค่า pH ต่ำ), ฟีนอฟทาลีน (ช่วงการเปลี่ยนแปลงในภูมิภาคที่มีค่า pH สูง), สารสีน้ำเงิน, ไทมอลบลูและอื่น ๆ ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง ตัวบ่งชี้ที่แตกต่างกันจะถูกใช้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ที่มีช่วงการเปลี่ยนภาพ
นอกจากนี้ยังมีตัวบ่งชี้สากล - พวกมันค่อยๆเปลี่ยนสีจากสีแดงเป็นสีม่วงเข้มเมื่อย้ายจากสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดสูงไปเป็นด่างอย่างแรง อันที่จริง ตัวชี้วัดสากลเป็นส่วนผสมของตัวชี้วัดทั่วไป
สำหรับการวัดค่าความเป็นกรดที่แม่นยำยิ่งขึ้น มีการใช้อุปกรณ์ - เครื่องวัดค่า pH (โพเทนชิโอมิเตอร์ วิธีการตามลำดับเรียกว่าโพเทนชิโอมิเตอร์) หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับการวัด EMF ในวงจร ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่เป็นสารละลายที่มีค่า pH ที่วัดได้ ศักยภาพของอิเล็กโทรดที่แช่ในสารละลายมีความไวต่อความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในสารละลาย - ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงใน EMF โดยพิจารณาจากค่า pH ที่แท้จริง
ความเป็นกรดของสภาพแวดล้อมต่างๆในชีวิตประจำวัน
ดัชนีความเป็นกรดมีความสำคัญอย่างยิ่งในชีวิตประจำวัน ตัวอย่างเช่นกรดอ่อน - อะซิติก, มาลิก - ใช้เป็นสารกันบูด สารละลายอัลคาไลน์คือผงซักฟอก รวมทั้งสบู่ สบู่ที่ง่ายที่สุดคือเกลือโซเดียมของกรดไขมัน ในน้ำจะแยกตัวออกจากกัน: กากของกรดไขมัน - ยาวมาก - ในมือข้างหนึ่งมีประจุลบและในทางกลับกัน - สายโซ่ยาวของอะตอมคาร์บอนที่ไม่มีขั้ว ที่จุดสิ้นสุดของโมเลกุลซึ่งประจุมีส่วนในการให้ความชุ่มชื้นจะรวบรวมโมเลกุลของน้ำที่อยู่รอบๆ ปลายอีกด้านยึดติดกับสิ่งไม่มีขั้วอื่นๆ เช่น โมเลกุลของไขมัน เป็นผลให้เกิดไมเซลล์ - ลูกบอลซึ่ง "หาง" ที่มีประจุลบยื่นออกมาและ "หาง" และอนุภาคของไขมันและสิ่งสกปรกถูกซ่อนอยู่ภายใน พื้นผิวถูกล้างจากไขมันและสิ่งสกปรกเนื่องจากผงซักฟอกจับไขมันและสิ่งสกปรกทั้งหมดไว้ในไมเซลล์ดังกล่าว
ความเป็นกรดและสุขภาพ
กล่าวแล้วว่า pH มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อร่างกายมนุษย์ นอกเหนือจากทางเดินอาหาร การควบคุมดัชนีความเป็นกรดในส่วนอื่นๆ ของร่างกายเป็นสิ่งสำคัญ: เลือด น้ำลาย ผิวหนัง - สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและด่างมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อกระบวนการทางชีววิทยาหลายอย่าง คำจำกัดความช่วยให้คุณประเมินสภาพร่างกายได้
ตอนนี้การทดสอบ pH กำลังได้รับความนิยม - การทดสอบด่วนที่เรียกว่าการตรวจสอบความเป็นกรด เป็นแถบกระดาษทั่วไปทั่วไป
