pH (od łac. pondus Hydrogenii – waga wodoru, wymawiane [pe-ash]), zwane również wskaźnikiem wodoru lub wskaźnikiem kwasowości, to jedna z najważniejszych wielkości wyrażających właściwości kwasowo-zasadowe roztworu. pH zmienia się ciągle w zakresie od 0 do 14. Właściwości kwasowe występują przy pH < 5: im mniejsze pH, tym silniejsze właściwości kwasowe. Na przykład, pH soku z cytryny = 2, coca-coli = 4,0, mleka = 6,6…6,9. Właściwości zasadowe substancji nasilają się w miarę przesuwania się w prawo na skali pH.
Istnieją również środowiska neutralne pod względem pH. Ściśle mówiąc, środowisko neutralne ma pH = 7, ale w codziennym życiu za neutralne uważa się pH od 5 do 8,5 – jest to zakres fizjologiczny, który jest akceptowalny dla życia człowieka i zwierząt, bezpieczny dla skóry i oczu. Dlatego pH naturalnej wody zwykle mieści się w tym zakresie.
W rzeczywistości wskaźnik wodoru jest krytycznie ważny nie tylko w kosmetologii, ale praktycznie w każdej branży – od agrochemii po medycynę czy transport, ponieważ wpływa na przebieg ogromnej liczby procesów chemicznych, biologicznych i ekologicznych. Na pewno pamiętasz popularną kilka lat temu reklamę szamponu o neutralnym pH z pH=5,5.
Zrozummy, czym jest pH, dlaczego jest tak ważne i skąd biorą się „magiczne liczby” 5,5 i 7 – pH neutralnego szamponu i pH neutralnego roztworu.
Woda, kwasy i zasady
Zwróćmy się do właściwości wody. Woda to unikalna substancja, która kształtuje oblicze tego świata. Wiele procesów zachodzących na powierzchni ziemi – w codziennym życiu, transporcie, przemyśle, rolnictwie, przyrodzie – odbywa się w środowisku wodnym. W szczególności ciało człowieka składa się średnio w 70% z wody.
Woda jest uniwersalnym rozpuszczalnikiem. Wśród substancji rozpuszczających się w wodzie można wyróżnić dwie główne klasy:
Kwasy – substancje, które po rozpuszczeniu w wodzie są zdolne do uwalniania jonów wodoru H+. Zasady – substancje, które po rozpuszczeniu w wodzie pobierają jon wodoru i uwalniają ujemnie naładowany jon hydroksylowy OH-.
Nadmiar jonów H+ określa właściwości kwasowe roztworu, podczas gdy nadmiar jonów OH- określa właściwości zasadowe roztworu.
Regulując stężenie tych jonów, możemy kontrolować procesy chemiczne i biochemiczne. Na przykład w przemyśle spożywczym są to: fermentacja kapusty, kwaśnienie mleka, tworzenie się jogurtu, produkcja wina lub piwa.
Jeśli w roztworze jest zbyt dużo jonów wodoru, negatywnie wpływa to na życie organizmów żywych. Praktycznie wszystkie żywe komórki są bardzo wrażliwe na zmiany pH, a nawet niewielkie zakwaszenie jest dla nich niebezpieczne. Niektóre materiały, takie jak metale, również nie wytrzymują silnych właściwości kwasowych i ulegają gwałtownej korozji. Aby móc ilościowo scharakteryzować właściwości kwasowe środowiska, istnieje wskaźnik wodoru, zwany również wskaźnikiem kwasowości lub wskaźnikiem pH.
Pomiar wskaźnika wodoru.
Ze względu na to, że jony są bardzo małe, nawet w niewielkiej objętości wody znajduje się ogromna liczba cząsteczek. Dlatego w chemii stężenie jonów wyraża się w molach na litr, gdzie 1 mol to „porcja” równa Liczbie Avogadro = 6,02*10^23 sztuk.
Stężenie jonów wodoru w wodzie może się zmieniać w bardzo szerokim zakresie – od 1 mol/l do 10^-14 mol/l.
Przy obliczaniu wyników pomiarów operowanie tak dużymi liczbami jest niewygodne, dlatego do klasyfikacji zawartości jonów wodoru w wodzie opracowano specjalną skalę logarytmiczną, czyli skalę pH. Jej sens polega na tym, że po obliczeniu logarytmu dziesiętnego ze stężenia, otrzymaną liczbę ujemną należy następnie pomnożyć przez (-1).
pH = – log(C),
gdzie( C )to stężenie jonów wodoru H+, wyrażone w mol/l.
Na przykład:
stężenie jonów wodoru C1 = 1 mol na litr. pH = -log(1) = 0.
stężenie jonów wodoru C1 = 0,1 mola na litr. pH = -log(0,1) = -(-1) = 1.
stężenie jonów wodoru C1 = 0,01 mola na litr. pH = -log(0,01) = -(-2) = 2.
W rzeczywistości ta formuła jest prawdziwa tylko dla bardzo rozcieńczonych roztworów, gdzie można zaniedbać interakcje między składnikami roztworu. Bardziej dokładnie można ją przedstawić jako:
pH = -log(A),
gdzie( A )to aktywność jonów wodoru, wielkość proporcjonalna do stężenia i uwzględniająca różne interakcje między składnikami roztworu.
Środowisko neutralne pH = 7.
Skala pH jest ciągła od 0 do 14, ale w zakresie pH = 7 następuje ważne przejście. Chodzi o to, że woda jest jednocześnie kwasem i zasadą:
Pod wpływem ruchu cieplnego woda jednocześnie oddaje jon wodoru i jon hydroksylowy. Iloczyn stężenia jonów wodoru i stężenia jonów hydroksylowych w każdej stałej temperaturze jest stałą wielkością i wynosi 10^-14. Ta wielkość nazywana jest iloczynem jonowym wody.
Jeśli w wodzie nie ma stałych kwasów i stałych zasad, takie środowisko uważa się za neutralne. Wtedy stężenie jonów wodoru jest dokładnie równe stężeniu jonów hydroksylowych, a jeśli ich iloczyn wynosi 10^-14, to stężenie każdego z nich wynosi 10^-7. Dlatego pH = 7 to środowisko neutralne: stężenie jonów H+ w tym przypadku jest równe stężeniu jonów OH-.
Skąd wzięła się liczba pH = 5,5 w reklamie szamponu?
Powierzchnia skóry ma pH = 5,5, czyli wykazuje słabe właściwości kwasowe. W tym przypadku działa tzw. kwaśny płaszcz – bariera ochronna, chroniąca jej właściciela przed patogennymi mikroorganizmami, z których większość nie lubi kwaśnego środowiska. Kwaśny płaszcz skóry składa się z mieszaniny sebum i potu, do których dodawane są zanieczyszczenia kwasów powstających w wyniku reakcji biochemicznych w naskórku – kwasu mlekowego, kwasu cytrynowego i innych. Wiele problemów dermatologicznych jest związanych właśnie z zaburzeniem poziomu pH. Na przykład, przy chorobach grzybiczych pH wzrasta do 6, przy trądziku do 7. W związku z tym stosowanie kosmetyków nie powinno niszczyć naturalnej bariery ochronnej skóry, dlatego szampon o pH=5,5 jest średnio odpowiedni do utrzymania zdrowia „normalnej” skóry.
Mam nadzieję, że ten artykuł był dla Ciebie interesujący i teraz wiesz, czym jest pH w składzie środków czyszczących i piorących
