ค่า pH อาจดูเหมือนอยู่ในตารางธาตุ แต่จริงๆ แล้วเป็นหน่วยวัด ตัวย่อ pH (พีเอช) หมายถึง “พลังแห่งไฮโดรเจน” (Power of Hydrogen) และบอกให้เราทราบว่ามีไฮโดรเจนอยู่ในของเหลวมากน้อยเพียงใด และไฮโดรเจนไอออนมีความว่องไวเพียงใด
ค่า pH เกิดขึ้นได้อย่างไร
Soren Sorensen นักเคมีชาวเดนมาร์กคิดค้นแนวคิดเรื่องพีเอชขึ้นเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2436 ขณะที่เขากำลังศึกษากระบวนการผลิตเบียร์ เขาค้นพบว่าการวัดพีเอชของของเหลวสามารถบอกเราได้ว่าของเหลวนั้นมีความเป็นกรดเพียงใด
และที่สำคัญที่สุดคือ 7 คือค่าพีเอชที่สมดุลสำหรับน้ำ อะไรก็ตามที่มีค่าต่ำกว่า 7 จะเป็นกรด อะไรก็ตามที่มีค่ามากกว่า 7 ขึ้นไปจะเป็นด่าง
สเกลค่าพีเอชเป็นแบบลอการิทึม ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงจำนวนเต็มแต่ละครั้ง ในค่า 1 พีเอชแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของความเป็นกรดหรือด่างถึงสิบเท่า ตัวอย่างเช่น สารละลายที่มีค่า pH 5 เป็นกรดมากกว่าสารละลายที่มี pH 6 ถึง 10 เท่า และเป็นกรดมากกว่าสารละลายที่มี pH 7 ถึง 100 เท่า (10 ยกกำลังสอง)
สมการสำหรับค่า pH
ค่า pH คือลอการิทึมของความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนของสารละลายที่เป็นน้ำ (เป็นน้ำ):
pH = -log[H+]
log คือลอการิทึมฐาน 10 และ [H+] คือความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในหน่วยโมลต่อลิตร
โปรดทราบว่าสารละลายต้องเป็นน้ำหรือมีน้ำเป็นส่วนประกอบเพื่อให้มีพีเอชเป็นสิ่งสำคัญตัวอย่างเช่นคุณไม่สามารถคำนวณพีเอชของน้ำมันพืชหรือเอทานอลบริสุทธิ์ได้เนื่องจากไม่มีน้ำ (H2O) เป็นส่วนประกอบ
เหตุใดการวัดค่า pH จึงมีความสำคัญ
ปฏิกิริยาทางเคมีในน้ำได้รับผลกระทบจากความเป็นกรดหรือด่างของสารละลาย สิ่งนี้มีความสำคัญไม่เพียงแต่ในห้องปฏิบัติการเคมีเท่านั้นแต่ในอุตสาหกรรม การทำอาหาร และการแพทย์ด้วย เนื่องจากปฏิกิริยาหลายอย่างในชีวิตประจำวันได้รับผลกระทบจากค่า pH การรู้วิธีคำนวณและวิธีการวัดค่าจึงมีประโยชน์
- คุณภาพน้ำ: พีเอชเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดคุณภาพของน้ำ pH ของน้ำส่งผลต่อความสามารถในการละลายของแร่ธาตุและโลหะ ซึ่งอาจส่งผลต่อรสชาติ กลิ่น และลักษณะของน้ำ นอกจากนี้ยังสามารถส่งผลต่อความเป็นพิษของสารเคมีและสารมลพิษในน้ำ
- สุขภาพของมนุษย์: พีเอชสามารถมีผลกระทบอย่างมากต่อสุขภาพของมนุษย์ ตัวอย่างเช่นน้ำที่มีค่า pH สูงอาจทำให้เกิดการระคายเคืองต่อผิวหนัง ในขณะที่น้ำที่มีค่า pH ต่ำอาจทำให้ท่อประปาและอุปกรณ์ติดตั้งสึกกร่อน ซึ่งนำไปสู่การปนเปื้อนของโลหะหนักเป็นต้น
- ผลิตภัณฑ์บำรุงผิว: พีเอชของผลิตภัณฑ์ดูแลผิวเช่น คลีนเซอร์และโทนเนอร์ อาจส่งผลต่อเกราะป้องกันตามธรรมชาติของผิวและความสามารถในการกักเก็บความชุ่มชื้น การใช้ผลิตภัณฑ์ที่มีพีเอชสูงหรือต่ำเกินไปอาจทำให้ผิวหนังระคายเคือง แห้งกร้าน หรือเป็นสิวได้
- การเกษตรและการทำสวน: พีเอชของดินมีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตและสุขภาพของพืช พืชต่างๆ เจริญเติบโตได้ในช่วงที่แตกต่างกัน และพีเอชของดินอาจส่งผลต่อความพร้อมของสารอาหารและแร่ธาตุสำหรับการดูดซึมของพืช
- กระบวนการทางอุตสาหกรรม: ค่า pH เป็นตัวแปรที่สำคัญในกระบวนการทางอุตสาหกรรมหลายประเภท เช่น การผลิตอาหารและเครื่องดื่ม การผลิตสารเคมี และการบำบัดน้ำเสีย การควบคุมพีเอช สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิต ลดของเสีย และรับประกันคุณภาพและความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์
วิธีการวัดค่า pH
มีหลายวิธีในการวัดค่า pH
- วิธีการทั่วไปคือเครื่องวัดพีเอชมิเตอร์ (pH meter) ซึ่งใช้อิเล็กโทรดที่ไวต่อกรด-ด่าง (มักทำจากแก้ว) และอิเล็กโทรดอ้างอิง
- ตัวบ่งชี้ความเป็นกรดเบสเปลี่ยนสีตามพีเอชที่แตกต่างกันเช่นกระดาษลิตมัสและกระดาษวัดค่า pH ใช้สำหรับการวัดที่รวดเร็วแต่ไม่แม่นยำมากนัก จึงเหมาะสำหรับการทดสอบในเบื้องต้นเท่านั้น
- อาจใช้เครื่องวัดสีเพื่อวัดพีเอชของตัวอย่าง ขวดบรรจุตัวอย่างและเติมสารทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างการเปลี่ยนแปลงสีตามค่า pH สีจะถูกเปรียบเทียบกับแผนภูมิหรือมาตรฐานเพื่อกำหนดค่า pH
