เข้าใจค่าความเป็นกรดด่าง (พีเอช) ให้กระจ่าง บทบาทในชีวิตประจำวัน

ค่าความเป็นกรดด่าง (หรือพีเอช pH) คือการวัดความเป็นกรดหรือความเป็นด่างของสารละลาย โดยพีเอช (pH) ย่อมาจาก “พลังของไฮโดรเจน” และถูกกำหนดให้เป็นลอการิทึมของความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน (H+) ในสารละลาย ระดับ pH อยู่ระหว่าง 0 ถึง 14 โดยที่ 7 เป็นกลาง ค่า pH น้อยกว่า 7 บ่งชี้ถึงความเป็นกรด ในขณะที่ค่า pH ที่มากกว่า 7 บ่งชี้ถึงความเป็นด่างหรือความเป็นด่าง

ประวัติศาสตร์ของพีเอช

ในปีค.ศ 1909 นักเคมีชาวเดนมาร์ก โซเรน ปีเตอร์ เลาริตซ์ โซเรนเซนได้นำเสนอแนวคิดเรื่อง pH ที่ห้องปฏิบัติการคาร์ลสเบิร์ก เดิมทีใช้สัญลักษณ์ “pH•” โดยมี H• เป็นตัวห้อยของ p ตัวพิมพ์เล็ก ต่อมาแนวคิดนี้ได้รับการแก้ไขในปี 1924 ให้เป็น pH สมัยใหม่เพื่อรองรับคำจำกัดความและการวัดในแง่ของเซลล์ไฟฟ้าเคมี

โซเรนเซนไม่ได้อธิบายว่าทำไมเขาถึงใช้ตัวอักษร p และความหมายที่แท้จริงของตัวอักษรดังกล่าวยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ Sørensen อธิบายวิธีการวัดค่า pH โดยใช้ความต่างศักย์ และแสดงถึงกำลังลบ 10 ในความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน

วิธีการวัดค่า pH แบบอิเล็กทรอนิกส์วิธีแรกคิดค้นโดยอาร์โนลด์ ออร์วิลล์ เบ็คแมน ศาสตราจารย์แห่งสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียในปีค.ศ. 1934 เป็นการตอบสนองต่อคำขอจากผู้ปลูกส้มในท้องถิ่น ซึ่งต้องการวิธีที่ดีกว่าในการทดสอบค่า pH ของมะนาวที่เก็บจากสวน

การวัดค่าความเป็นกรดด่าง (พีเอช)

ในห้องเรียนวิทยาศาสตร์มีกิจกรรมมากมายที่ต้องมีการทดสอบค่า pH ซึ่งรวมถึงการไตเตรทด้วยเคมี การทดสอบคุณภาพน้ำด้านวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม และห้องปฏิบัติการกระบวนการทางชีวภาพ

ครูวิทยาศาสตร์วางแผนกิจกรรมการสอน ซึ่งมีตัวเลือกสำหรับการทดสอบ pH ที่หลากหลายให้เลือกดังข้อมูลที่แสดงให้เห็นดังต่อไปนี้

1.กระดาษลิสมัสทดสอบ pH

กระดาษลิตมัสน่าจะเป็นอุปกรณ์ที่คุ้นเคยมากที่สุด ใช้เพื่อทดสอบอย่างกว้างๆ ว่าสารละลายมีความเป็นกรดหรือด่าง กระดาษหรือแถบทดสอบ pH ที่แม่นยำยิ่งขึ้นสามารถให้ผลการทดสอบได้ละเอียดถึง 0.2 pH

การใช้แถบ pH และกระดาษมีประโยชน์มากมาย ใช้งานได้รวดเร็วและง่ายดาย และก็มีราคาถูกกว่ามาก พกพาสะดวก จัดเก็บง่าย และเหมาะสำหรับงานภาคสนาม ในห้องเรียน

แม้ว่ากระดาษลิสมัสจะให้ความแม่นยำและเที่ยงตรง แต่ก็ยังด้อยกว่าเครื่องวัด pH ซึ่งแสดงข้อมูลเป็นแบบดิจิตอลอ่านค่าได้ง่ายนั้นเอง

2.เครื่องวัดค่า pH Meter

ตัวเลือกการทดสอบที่แม่นยำที่สุด เครื่องวัดค่า pH จะวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรด pH และอิเล็กโทรดอ้างอิง ในหน่วยมิลลิโวลท์ จากนั้นมิเตอร์จะแปลงค่านี้ไปเป็นค่า pH โดยให้การอ่านค่าละเอียดถึงหน่วย pH 0.01 และมีประโยชน์สำหรับวิทยาศาสตร์ขั้นสูง วิทยาลัย หรืองานวิจัยที่ต้องการความแม่นยำระดับนี้

แต่ครื่องวัดนี้ต้องการการสอบเทียบและการบำรุงรักษามากกว่าอุปกรณ์ทดสอบ pH อื่นๆ จำเป็นต้องรักษาความสะอาดและบำรุงรักษาหรือเปลี่ยนอิเล็กโทรดของมิเตอร์ตามคำแนะนำของผู้ผลิต

3.การไตเตรท (Titration) สำหรับหาค่า pH

การไตเตรท (Titration) เป็นขั้นตอนในการทำปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างสารละลายสองชนิดโดยการควบคุมการเติมจากบิวเรตของสารละลายชนิดที่ 1 (เรียกว่าไทแทรนต์) ไปยังอีกสารละลายหนึ่ง ทำให้สามารถตรวจวัดได้ตลอดปฏิกิริยา

สำหรับปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบส การไทเทรตมีประโยชน์ในการวัดค่า pH ที่จุดต่างๆ ตลอดปฏิกิริยา กราฟการไตเตรทคือกราฟของ pH ตามฟังก์ชันของปริมาณไทแทรนต์ (กรดหรือเบส) ที่เติมเข้าไป

** วิธีนี้ต้องใช้ผู้ที่เชี่ยวชาญทางด้านเคมี

ความสำคัญของค่าความเป็นกรดด่าง

• ในด้านชีววิทยา: พีเอชมีบทบาทสำคัญในระบบชีวภาพ ส่งผลต่อการทำงานของเอนไซม์ การทำงานของเซลล์ และการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่น เลือดมนุษย์มีช่วง pH ประมาณ 7.35 ถึง 7.45 และการรักษาช่วง pH นี้ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำงานทางสรีรวิทยาที่เหมาะสม
• ในด้านเกษตรกรรม: pH ดินส่งผลต่อความพร้อมของธาตุอาหารให้กับพืช พืชแต่ละชนิดต้องการดินที่เป็นกรด-ด่างที่แตกต่างกัน และการรักษาพีเอชดินให้เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเจริญเติบโตของพืชและผลผลิตพืชที่เหมาะสม
• ในอุตสาหกรรม: ค่าพีเอชได้รับการตรวจสอบและควบคุมในกระบวนการทางอุตสาหกรรมต่างๆ เช่นการบำบัดน้ำ การผลิตอาหาร และการผลิตสารเคมี การควบคุม pH ช่วยให้มั่นใจในประสิทธิภาพและความปลอดภัยของกระบวนการเหล่านี้
• ในสาขาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม: เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของคุณภาพน้ำในระบบนิเวศทางธรรมชาติ การเปลี่ยนแปลงค่า pH อาจส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำและสุขภาพโดยรวมของสภาพแวดล้อมทางน้ำ

โดยสรุป

พีเอช (pH)เป็นแนวคิดพื้นฐานที่มีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในด้านวิทยาศาสตร์ อุตสาหกรรม และชีวิตประจำวัน ช่วยให้เราเข้าใจและควบคุมความเป็นกรดหรือด่างของสารละลาย ซึ่งส่งผลต่อกระบวนการและปรากฏการณ์ต่างๆ มากมาย