Буквы pH можно встретить на баночке с кремом для лица, в результатах медицинских анализов, отчете эколога или инженера-технолога. Давайте узнаем, что это за вездесущий показатель, как его рассчитать и применять.
Это понятие было введено в 1909 году датским химиком Сёренсеном, pH (от лат. pondus Hydrogenii - вес водорода, произносится [пэ-аш]), также называемый водородный показатель или показатель кислотности, это одна из важнейших величин, выражающих кислотно-основные свойства раствора.
pН = – lg[H+]
pH меняется непрерывно в диапазоне от 0 до 14. Кислотные свойства проявляются при pH < 5: чем меньше pH, тем сильнее кислотные свойства. Например, pH лимонного сока = 2, кока-колы =4.0, молока = 6.6...6.9. Основные свойства веществ усиливаются по мере движения к правому концу шкалы pH.
Существуют и pН-нейтральные среды. Строго говоря, нейтральная среда имеет pH=7, но в быту нейтральной считают от 5 до 8.5 - это физиологический диапазон, который приемлем для жизнедеятельности человека, животных, безопасный для кожи и глаз. Именно поэтому и pH природной воды обычно колеблется в этом диапазоне.
Триумвират: вода, кислоты и основания
Обратимся к свойствам воды. Вода - уникальное вещество, которое определяет лицо этого мира. Большое количество процессов, которые проходят на поверхности земли - в быту, в транспорте, в промышленности, в сельском хозяйстве, в природе - происходят в водной среде. В частности, тело человека в среднем на 70% состоит из воды.
Вода - универсальный растворитель. Среди веществ, которые растворяются в воде можно выделить 2 главных класса:
- Кислоты - вещества, которые при растворении в воде способны выделять ион водорода H+.
- Основания - вещества, которые при растворении в воде забирают ион водорода и выделяют отрицательно заряженный гидроксил ион OH-.
Избыток ионов H+ определяет кислотные свойства раствора, в то время как избыток ионов ОН- определяет основные свойства раствора.
Регулируя концентрацию этих ионов, мы можем управлять химическими и биохимическими процессами. Например в пищевой промышленности это: брожение капусты, скисание молока, формирование простокваши, изготовление вина или пива.
Если ионов водорода в растворе слишком много, то это негативно влияет на жизнедеятельность живых организмов. Практически все живые клетки очень чувствительны к изменениям pH, и даже небольшое окисление для них опасно. Не выдерживают сильных кислотных свойств и некоторые материалы, например, металлы подвергаются лавинной коррозии. Для того, чтобы иметь возможность количественно характеризовать кислотные свойства среды и существует водородный показатель, он же показатель кислотности, он же показатель pH.
Откуда взялось число pH = 5.5 в рекламе шампуня?
Поверхность кожи имеет pH = 5.5, то есть обладает слабыми кислотными свойствами. В данном случае действует, так называемая кислотная мантия - защитный барьер, предохраняющий его обладателя от патогенных микроорганизмов, большинство из которых не любит кислую среду). Кислотная мантия кожи состоит из смеси кожного сала и пота, в которые добавлены примеси кислот, образующихся в результате биохимических реакций в эпидермисе - молочной кислоты, лимонной кислоты и др. Большое количество дерматологических проблем связано именно с нарушением уровня pH. Например, при грибковых заболеваниях рН возрастает до 6, при угревой болезни до 7. Соответственно, применение косметических средств не должно разрушать естественный защитный барьер кожи, поэтому шампунь с pH=5.5 в среднем подходит для поддержания здоровья "нормальной" кожи.
Водородный показатель в быту и производстве
В быту нейтральной средой принято считать диапазон pH = 5–8,5. Растворы такой кислотности (или щелочности) безопасны для кожи и слизистых человека. pH крови критичен для жизнь
Ниже приведены pH некоторых веществ, которые мы встречаем в повседневной жизни: