Mitä pH-asteikko ja pH-arvo ovat?
pH-asteikko ilmaisee nesteen happamuustason numeroilla nollasta 14:ään. Numeroita kutsutaan pH-arvoiksi.
Lyhenne pH tullee latinan kielen sanoista pondus hydrogenii, ja ilmauksella tarkoitetaan vedyn potentiaalia. Asteikko ilmaisee, paljonko positiivisia vetyioneja (H+-ioneja) luovuttavaa happoa liuoksessa on.
Kaikki neutraalien aineiden, kuten puhtaan makean veden, pH-arvo on noin seitsemän. Jos aine on hapan, sen pH-arvo sijoittuu nollan ja kuuden haarukkaan. Kun happamuustaso nousee, pH-arvo laskee.
pH-asteikon toisessa päässä ovat alkaliset eli emäksiset arvot. Kun aineen pH-luku on väliltä 8–14, se on emäksinen. Aineen pH-arvo siis kasvaa, kun emäksisyystaso nousee.
Esimerkiksi happamimpia limsoja ovat kolajuomat, joiden pH-arvo on noin 2,4. Jopa sitruunamehu voi olla vähemmän hapanta – eli pH-arvoltaan 2,5.
Emäksisiksi kutsutuilla ruoka-aineilla, kuten joillain hedelmillä, kasviksilla, manteleilla ja perunoilla, on sen sijaan suhteellisen korkea pH-arvo.
Myös leivonnassa käytettävä ruokasooda kuuluu emäksisiin aineisiin. Sen pH-arvo on noin yhdeksän.
Kun koulun kemian tunneilla käsitellään happoja ja emäksiä, perehdytään pH-asteikkoon. Eri aineiden, kuten kahvin, syljen ja saippuan, pH-arvoa mitattaessa käytetään indikaattoria, joka ilmaisee värillään happamuustason.
Mitä pH-arvo kertoo terveydestä?
Useimmat tietävät, että ei ole suositeltavaa nauttia usein ja runsaasti hyvin happamia ruokia ja juomia, koska ne vahingoittavat hampaita.
Kun pH-arvo laskee suussa alle 5,5:een, hammaskiille alkaa vaurioitua.
Suun terveys ei ole kuitenkaan ainoa syy kiinnittää huomiota kehon happamuuteen.
Happo-emästasapainolla on suuri merkitys elimistön häiriöttömälle toiminnalle.
Kehon nesteiden normaali pH-arvo on noin 7,3–7,45. Toisin sanoen niiden pitäisi olla aina hieman emäksisiä.
Terveellä ihmisellä happamuustaso säätyy automaattisesti oikeaksi: keho poistaa ylimääräisiä happoja ja emäksiä keuhkojen ja munuaisten kautta.
Veren pH-arvon pitää olla 7,3–7,45, jotta se selviää tehtävistään. Terveellä ihmisellä ruokien ja juomien happamuus tai emäksisyys ei vaikuta veren tai solujen pH-arvoon, sillä munuaiset säätelevät happamuutta tehokkaasti. Aineenvaihduntahäiriö ja hengitysvajaus altistavat elimistön happamoitumiselle.
Kun keho happamoituu, se alkaa ammentaa luonnollisista emäksisten aineiden lähteistä, kuten luista. Häiriöstä voivat kieliä esimerkiksi selluliitti eli appelsiini-iho, nivelvaivat, lihaskouristukset ja osteoporoosi eli luukato.
Lääkärit käyttävät elimistön nesteiden liiallisesta happamuudesta nimitystä asidoosi. Aineenvaihdunnan häiriöstä johtuva eli metabolinen asidoosi liittyy useimmiten joko diabetekseen tai munuaisten vajaatoimintaan.
Kun elimistön nesteistä tulee liian emäksisiä, kärsitään alkaloosista. Tila voi syntyä esimerkiksi silloin, kun oksennellaan ja ripuloidaan pitkään ja kehosta poistuu paljon happamia nesteitä.
pH-asteikko keksittiin tanskalaispanimossa
Tanskalainen kemisti Søren Peter Lauritz Sørensen kehitti happamuustasoa ilmaisevan asteikon vuonna 1909, kun hän johti Kööpenhaminassa Carlsbergin panimon laboratoriota.
Jo tuolloin tiedettiin, että nesteen happamuus riippui sen vetyionipitoisuudesta.
Käytännön työtä vaikeutti kuitenkin se, että luvut olivat hyvin pieniä. Esimerkiksi veren vetyionipitoisuus on 0,00000004 moolia litrassa.
S. P. L. Sørensen ratkaisi ongelman kehittämällä käytännöllisen pH-asteikon, jossa logaritmin vastaluku ilmaisee happamuuden.
Lyhyesti sanottuna kyse on siitä, että pH-arvon muuttuminen yhdellä yksiköllä vastaa kymmenkertaista vetyionien määrää.
Kun veren happamuus ilmaistaan pH-asteikolla, saadaan helposti käsitettävä ja käsiteltävä luku: 7,4.
pH-asteikon keksinyt kemisti Søren Peter Lauritz Sørensen nimettiin 13 kertaa Nobel-ehdokkaaksi – kahdeksasti kemian ja viidesti fysiologian tai lääketieteen. Häntä ei palkittu.
Kemisti Sørensenin keksimästä pH-asteikosta oli paljon hyötyä Carslbergin panimolle.
Uuden välineen ansiosta oluen happamuutta voitiin tarkkailla tarkemmin valmistusprosessin alusta asti.
Happamuuden tulisi tällöin sijoittua pH-asteikolla 5,2:n ja 5,5:n väliin, jotta käyminen alkaa ja jatkuu optimaalisesti.
Tanskalainen pH-asteikko löysi pian käyttäjiä kaikkialta, ja jo muutamassa vuosikymmenessä tutkijat alkoivat yleisesti ilmaista happamuuden pH-arvojen avulla julkaisuissaan.
Nykyään pH-asteikko ei ainoastaan auta valmistamaan hyvää olutta, vaan sitä hyödynnetään laajasti eri tutkimusaloilla meribiologiasta maatalouteen ja elintarviketieteeseen.
pH-asteikko ilmaisee valtamerien tilan
Happo-emästasapaino varmistaa sen, että ihmisen keho voi toimia häiriöttömästi. Jos tasapaino järkkyy, seuraukset voivat olla vakavat.
Samankaltainen säätelyjärjestelmä on ominainen luonnolle. Edustavan esimerkin tarjoavat valtameret, joiden luonnollisen happo-emästasapainon säilyminen on uhattuna.
Vielä pari vuosisataa sitten valtamerien pintaveden keskimääräinen pH-arvo oli 8,2. Nykyään se on 8,1, eli vesi on happamoitunut.
Muutos voi äkkiseltään vaikuttaa mitättömältä, mutta pH-arvon pieneneminen 0,1:llä tarkoittaa käytännössä sitä, että merivedestä on tullut 26 prosenttia happamampaa.
Koralliriutat kärsivät meriveden lämpenemisen lisäksi sen happamoitumisesta. Liian hapan vesi haittaa koralliyhdyskunnan kalkkirungon muodostumista ja hajottaa sitä.
Happamoituminen johtuu pääasiassa ihmisen toiminnassa syntyvistä kasvihuonekaasuista.
Valtameriin sitoutuu noin neljäsosa hiilidioksidipäästöistä, ja koska hiilidioksidi reagoi meriveden kanssa, syntyy hiilihappoa (H2CO3) ja vetyioneja, jotka happamoittavat vettä.
Suurten hiilidioksidipäästöjen takia valtamerien pH-arvo jatkaa laskuaan, ja ennusteen mukaan se voi olla jopa alle 7,8 vuonna 2100.
Jos happamoituminen kiihtyy, meriluonto mullistuu, sillä monet vesieläimet ja -kasvit eivät pysty sopeutumaan nykyistä paljon happamampaan elinympäristöön ja häviävät.
Jo nykyään happamoitumisesta kärsivät esimerkiksi useat koralli-, kotilo- ja äyriäislajit. Happamampi vesi haittaa myös joidenkin kalojen lisääntymistä.
