เครื่องวัดความเข้มข้นของกรด-ด่างออนไลน์ SJG-2083CS

ในน้ำบริสุทธิ์ โมเลกุลส่วนเล็กๆ จะสูญเสียไฮโดรเจนหนึ่งหน่วยจากโครงสร้าง H2O ในกระบวนการที่เรียกว่าการแตกตัว ดังนั้น น้ำจึงมีไอออนไฮโดรเจน (H+) จำนวนเล็กน้อย และไอออนไฮดรอกซิลที่เหลืออยู่ (OH-)

มีภาวะสมดุลระหว่างการก่อตัวและการแยกตัวอย่างต่อเนื่องของโมเลกุลน้ำจำนวนเล็กน้อย

ไอออนไฮโดรเจน (OH-) ในน้ำจะรวมตัวกับโมเลกุลน้ำอื่นๆ กลายเป็นไอออนไฮโดรเนียม หรือไอออน H3O+ ซึ่งโดยทั่วไปมักเรียกสั้นๆ ว่าไอออนไฮโดรเจน เนื่องจากไอออนไฮดรอกซิลและไฮโดรเนียมอยู่ในภาวะสมดุล สารละลายจึงไม่เป็นกรดหรือด่าง

กรดคือสารที่บริจาคไอออนไฮโดรเจนให้กับสารละลาย ในขณะที่เบสหรือด่างคือสารที่ดูดซับไอออนไฮโดรเจน

สารทุกชนิดที่มีไฮโดรเจนไม่ใช่กรด เนื่องจากไฮโดรเจนต้องอยู่ในสถานะที่ปลดปล่อยได้ง่าย ซึ่งแตกต่างจากสารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่ที่ไฮโดรเจนจะยึดกับอะตอมคาร์บอนอย่างแน่นหนา ดังนั้น ค่า pH จึงช่วยวัดความเข้มข้นของกรด โดยแสดงจำนวนไอออนไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาในสารละลาย

กรดไฮโดรคลอริกเป็นกรดแก่เนื่องจากพันธะไอออนิกระหว่างไฮโดรเจนและคลอไรด์เป็นพันธะที่มีขั้ว ซึ่งละลายน้ำได้ง่าย ก่อให้เกิดไฮโดรเจนไอออนจำนวนมากและทำให้สารละลายมีสภาพเป็นกรดรุนแรง ด้วยเหตุนี้กรดไฮโดรคลอริกจึงมีค่า pH ต่ำมาก การแตกตัวในน้ำเช่นนี้ยังเป็นประโยชน์อย่างมากในแง่ของการเพิ่มพลังงาน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงเกิดขึ้นได้ง่าย

กรดอ่อนคือสารประกอบที่ให้ไฮโดรเจนได้แต่ไม่ง่ายนัก เช่น กรดอินทรีย์บางชนิด กรดอะซิติกที่พบในน้ำส้มสายชูมีไฮโดรเจนจำนวนมาก แต่อยู่ในกลุ่มกรดคาร์บอกซิลิก ซึ่งยึดไฮโดรเจนไว้ในพันธะโคเวเลนต์หรือพันธะไม่มีขั้ว

เป็นผลให้ไฮโดรเจนเพียงชนิดเดียวเท่านั้นที่สามารถออกจากโมเลกุลได้ และถึงแม้จะเป็นเช่นนั้น ก็ไม่ได้มีเสถียรภาพมากนักที่ได้รับจากการบริจาคไฮโดรเจน

เบสหรือด่างจะรับไอออนไฮโดรเจน และเมื่อเติมลงในน้ำ ก็จะดูดซับไอออนไฮโดรเจนที่เกิดจากการแยกตัวของน้ำ ทำให้สมดุลเปลี่ยนไปตามความเข้มข้นของไอออนไฮดรอกซิล ทำให้สารละลายเป็นด่างหรือเบส

ตัวอย่างของเบสทั่วไปคือโซเดียมไฮดรอกไซด์ หรือโซดาไฟ ซึ่งใช้ในการทำสบู่ เมื่อกรดและด่างมีความเข้มข้นโมลาร์เท่ากันพอดี ไอออนของไฮโดรเจนและไฮดรอกซิลจะทำปฏิกิริยากันอย่างรวดเร็ว ก่อให้เกิดเกลือและน้ำ ซึ่งเรียกว่าปฏิกิริยาสะเทิน