Что такое PH и кислотно-щелочной баланс

Основная жидкость, которая используется как в быту каждым из нас, так и в лабораторной практике, на производстве, это оксид водорода или вода. В идеале это жидкость без цвета и запаха, но отсутствие визуальных признаков совсем не говорит о том, что в воде нет никаких примесей. Она обладает целых рядом параметров – от количества и концентрации растворенных солей до мутности, прозрачности и электропроводности.
Но сегодня мы поговорим о так называемом водородном показателе (сразу видна связь с атомами водорода, которые входят, как мы отметили выше, в молекулу воды) или PH.
Значение этой величины имеет решающее значение в множестве отраслей человеческой деятельности:

• выращивание растений: в домашних условиях (огороды, цветы дома), поля фермеров с зерновыми культурами, овощами, фруктовые сады;
• аквариумистика и обслуживание плавательных бассейнов;
• химическая промышленность (вся бытовая химия – от мыла и шампуни до стиральных порошков построена на значении ПШ);
• медицина (ph крови, кислотно-щелочной баланс в желудке).

Что такое PH

Про кислотность и водородный показатель

В идеале, вода, полученная например из аквадистиллятора не имеет растворенных солей, кислот, щелочей, а значит обладает низкой электропроводностью (нет заряженных ионов) и является нейтральной. А вот например электролит обладает высоким значением кислотности. Это в бытовом понимании. На самом деле, как мы увидим, при увеличении кислотности, показатель пш наоборот становится ниже. Но это оценки субъективные, а хотелось бы иметь четкое числовое выражение.

В воде имеется набор ионов Н+ (положительных) и ОН– (отрицательные). В дистилляте их количество одинаково, именно поэтому такая вода и считается нейтральной.

Интересно знать. На самом деле, если дистилированная вода не хранится в герметично закрытой таре, то постепенно ее кислотно-щелочной баланс сдвигается в сторону кислой среды. Почему ? Углекислый газ из воздуха вступает в химическую реакцию с поверхностью воды. В результате образуется карбоновая (угольная) кислота, что приводит к закислению воды и может быть обнаружено чувствительным PH метром.

Отсюда можно сделать 2 вывода:

1. Воду нужно использовать сразу или в течение короткого времени, поскольку повышенный уровень пш может повлиять на итог лабораторного исследования.
2. Хранить воду необходимо в хорошо закупоренной посуде.

Что произойдет, если в чистую от примесей и химических соединений воду добавить немного соляной кислоты ? Ионов Н+ станет больше, а если вместо кислоты долить моющее средство на основе щелочи, то увеличится количество ионов ОН–.

Важно ! Произведение количества ионов (положительных и отрицательных) остается постоянным. То есть меняется их соотношение между собой, а произведение неизменное.

Вот отсюда берется термин кислотно-щелочной баланс. Или можно привести аналогию с весами. Одна чаша может быть выше, а другая ниже. Они могут меняться местами, в зависимости от веса гирек и грузов. Но точка подвеса, на которой весит коромысло с чашами, в любом случае остается неизменным.
Так и баланс водного раствора смещается в ту или иную сторону.

Шкала кислотности ПШ

Итак, содержание ионов OH-и H+ в дистиллированной воде одинаково. Подсчитано, что в одном литре воды их концентрация составляет 10^-7 моль. Соответственно произведение составляет 10^-14. Цифры крайне малые и неудобные.
Что делать ? Задействовать математический аппарат десятичных логарифмов. То есть перейти от степени к операциями над показателями степеней. То есть мы переходим к двухзначным цифрам, для чего даже не нужен калькулятор.
Единственное - перед логарифмом нужно поставить минус, чтобы избавиться от отрицательного показателя степени.
Что имеем ? -Lg(10^-7)=-(-7). То есть мы перешли к относительной величине.
Теперь уточним терминологию, чтобы правильно оценивать результаты измерения.

1. Чем меньше значение PH, тем более кислый раствор (2-3-5). Например кислота в аккумуляторной батарее автомобиля.
2. И наоборот чем больше PH, тем более щелочная среда. Например в моющих средствах, стиральных порошках, с ростом пш (который достигает 8-10 и даже 12-14), химия становится более эффективной с точки зрения отстирывания сложных загрязнений, но параллельно растет их опасность для рук, глаз человека, если туда попадает щелочь (с точки зрения химии это разновидность оснований, которые включают гидроксильную группу OH – KOH, NAOH и т.д.) и очень вероятен химический ожог.

Измерение PH метром

Так, благодаря шкале PH, все разнообразие кислотных и щелочных растворов, существующих в мире (и нейтральных конечно тоже), сводится к значениям от 0 до 14. Именно из этого диапазона показываются цифры на дисплее РН метра.

И последнее, что следует отметить, что математически и химически значит увеличение ПШ на 1 значение. Например, путем измерения выявлено, что результат исследования пробы грунта в лабораторных условиях изменился за сезон - с июня до августа и вместо 6 PH стало 7. Это может быть например по причине внесения удобрений. Как мы выяснили, это значит, что показатель степени увеличился на 1, но поскольку основание логарифма десятичное, то сама концентрация ионов возросла в 10 раз !
Еще раз оценим, что нам не приходится оперировать ни с очень большими, ни очень маленькими величинами, а работать с цифрами в пределах второго десятка максимум.