2.15: pH

Будет ли вещество отдавать или принимать ионы водорода определяется тем, является ли это вещество кислотой или основанием. Кислотные растворы жертвуют протоны, в то время как основания или щелочные растворы могут принимать протоны. Чистая вода имеет равное количество ионов водорода, чтобы отдавать протоны, и ионов гидроксида, чтобы получать их, что делает её нейтральным раствором.

рН является мерой кислотности или щёлочности раствора на водной основе, определяемого концентрацией ионов водорода. В одном литре чистой воды присутствует 1×10^-7 молей ионов водорода. Однако широкий диапазон концентраций ионов водорода, присутствующих в растворах на водной основе, делает измерение рН в молях громоздким. Так, была разработана шкала рН, в которой моли ионов водорода преобразуются с помощью отрицательного десятичного логарифма. pH чистой воды равен 7, и это значение соответствует нейтральному раствору. Большинство растворов имеют рН между 0 и 14, но некоторые растворы, такие как карборан (с рН -18), выходят за рамки этого диапазона. Один литр карборана содержит1×10^{18 молей} ионов водорода.

Когда свободные, несвязанные ионы водорода накапливаются, как в случае карборана, раствор является кислым, и значение рН опускается ниже 7. Кофе, лимонный сок и желудочная кислота (пищеварительные соки) являются кислыми растворами, с рН около 4,5, 2,5 и 1,5, соответственно.

Растворы со значениями рН выше 7 имеют более низкие концентрации ионов водорода, и являются щелочными. В этих растворах ионы водорода становятся связанными с другими компонентами, такими как группы гидроксила. Это уменьшает общее количество свободных ионов водорода и увеличивает значение рН. Соленая вода и мыльная вода являются примерами щелочных растворов, с рН примерно 8 и 12, соответственно.

Буферы предотвращают большие изменения в рН, поглощая или высвобождая ионы водорода. Поскольку большинство биологических функций происходит в почти нейтральных условиях (рН примерно от 7.35 до 7.45), буферы имеют решающее значение. Например, кровь становится кислой со слишком большим содержанием углекислого газа. Бикарбонат действует как буфер и возвращает кровь к гомеостатической рН. Бикарбонат также используется для буферизации переваренной пищи с желудочными соком, по мере её движения от желудка к тонкой кишке. Без него кислотность переваренной пищи повредила бы слизистую оболочку кишечника.