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 1x10^-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 содержит1x10^{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.

Потенциал водорода, или pH относится к кислотности раствора, или щёлочности, свойствам, основанным на концентрации ионов водорода. Эта величина из практических соображений переведена из молей на литр путём взятия обратного десятичного логарифма, что даёт положительные целые числа на шкале pH, от нуля до 14. Среднее значение, 7, является нейтральным.

Вода диссоциирует с равными концентрациями ионов гидроксония и гидроксида, сокращённо ионов водорода. Если больше ионов водорода накапливаться в растворе, как в кофе, уровень pH снижается. Этот диапазон является кислотным, что означает, что вещества жертвуют протоны в раствор.

В отличие от этого, если слишком много ионов водорода связаны с другими компонентами, как в гидроксидах, концентрация водорода снижается, в результате чего значения pH будут выше. Вещества, у которых pH превышает семь, щелочные или основные, поскольку они принимают протоны водорода.