ปฏิกริยาของดิน (Soil Reaction) ความเป็นกรดเป็นด่างของดิน (pH)

ปฏิกริยาของดิน (Soil Reaction) หมายถึง ความเป็นกรดเป็นด่างของดิน ใช้หน่วยวัดเป็น pH (พี.เอช.)

เมื่อการเจริญเติบโตของพืชในไร่ไม่เป็นไปตามปกติ เช่นมีสีเหลืองซีด ต้นแคระแกร็น คำถามที่สำคัญข้อหนึ่ง ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ในทางดินมักจะถามเป็นข้อแรก คือ “ดินมี pH เท่าไร” เพราะเหตุว่า pH มีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงรูปของธาตุอาหารพืช และยังมีอิทธิพลโดยตรงต่อการเจริญเติบโตของพืชด้วย

 

pH คืออะไร(What is pH)

pH คือความเป็นกรดหรือด่างของสารละลาย หรือส่วนผสมของน้ำกับดิน วัดจากปริมาณไฮโดรเจนไอออน (H+) และไฮดรอกซีลไอออน (OH-) ซึ่งแตกตัว หรือ ionize เป็นรูปไอออนน้ำเมื่อแตกตัวออกก็จะให้ H+ กับ OH- ดังสมการ

ph คืออะไร

 

H+ เรียกว่าไอโดรเจนไอออน OH- เรียกว่า ไฮดรอกซิลไอออน โมเลกุลของน้ำโดยปกติมีความมั่นคงมาก (very stable) โดยลำพังถ้าไม่มีพลังงานหรือมีปฏิกริยากับสารอื่น น้ำจะแตกตัวออกเป็นรูปไอออนได้น้อยมาก ในระบบสารละลายใดๆ ก็ตามที่มีน้ำเป็นตัวทำละลาย H+ อาจเกิดขึ้นได้ในกรณีที่มีสารที่ออกฤทธิ์กรด หรือสารที่สามารถแตกตัว ให้ H+ ปนอยู่ด้วย
น้ำกลั่นบริสุทธิ์ ถ้าไม่มีคาร์บอนไดออกไซด์ (co2) ละลายปนอยู่ด้วยก็จะมีฤทธิ์เป็นกลาง และมีความเข้มข้นของ H+ อยู่ 0.0000001 โมล/ลิตร (10¯7) และมีความเข้มข้นของ 0H- อยู่ 0.0000001 โมล/ลิตร (10-7) เข่นเดียวกัน ในทางหลักวิชาเคมี ผลคูณของค่าความเข้มข้นของ [H+] กับ [OH-] จะมีค่าลงตัวเท่ากับ 10-14 เสมอ ค่าคงตัวนี้เรียกว่า Kw

Kw = [H+] [OH- ] =10-14

เมื่อค่าของ [H+] เพิ่มขึ้น ค่าของ [OH- ]ก็จะลดลง และในทางตรง ข้าม เมื่อค่าของ [H+] ลดลง ค่าของ [OH- ] ก็จะเพิ่มสูงขึ้น ตัวอย่างเช่น ถ้า [H+] ในสารละลายมีค่าเท่ากับ10-5 โมล/ลิตร ค่า [OH- ] ก็จะเป็น 10-9 โมล/ลิตร เพื่อรักษาค่าของผลคูณของความเข้มข้นให้เท่ากับค่าคงตัว 10 -14 เสมอ
สารละลายใดที่มี [H+] มากกว่า 10 -7 เช่น 10 -4 ก็ถือว่าเป็นกรด สารละลายใดที่มี [H+] น้อยกว่า 10 -7 เช่น 10 -9 ก็ถือว่าเป็นด่างสารละลายที่มีความเป็นกลางคือ สารละลายที่ให้ค่า [H+] เท่ากับ 10—7 พอดี
การบอกความเป็นกรดเป็นด่างของสารละลาย ถ้าจะบอกด้วยตัวเลขทศนิยมหลายๆ ตำแหน่งของค่าความเข้มข้นของ [H+] หรือของ [OH- ] ดูจะไม่สะดวก ด้วยเหตุนี้ S.P.L. Sorenson นักชีวเคมีชาวเดนมาร์ค จึงได้คิดวิธีบอกความเป็นกรดด่างโดย pH โดยกำหนดให้ค่าความหมายของ pH ไว้ดังนี้

pH = log 1
[H+]
เช่นสารละลายที่มี [H+] = 0.000001 โมล/ลิตร หรือ 10 -6 โมล/ลิตร
ค่าของ pH ก็คือ        pH = log 1
10-6
= log 106
= 6

ซึ่งจะเห็นได้ว่าสะดวกกว่ามาก ค่า pH จงเป็นที่นิยมกันจนทุกวันนี้เพื่อบอกความเป็นกรดและด่างของสารละลาย

จะเห็นได้ว่าน้ำกลั่นบริสุทธิ์ที่ไม่มี CO2 ละลายอยู่ ก็จะให้ค่า pH เท่ากับ 7 pH ของดินวัดได้โดยการนำดินมาละลายน้ำให้เกิดเป็นสารละลาย หรือสารผสมแขวนลอย (suspension) ขึ้นก่อน แล้วจึงวัดความเข้มข้นของ H+ ในสารละลายนั้น เราไม่สามารถวัดความเป็นกรดเป็นด่างของดินก้อนแข็งๆ ได้ เพราะความเป็นกรดเป็นด่างจะเกิดขึ้นต่อเมื่ออยู่ในระบบสารละลาย ซึ่งมีน้ำหรือของเหลวอื่น ๆ เป็นตัวทำละลายเท่านั้น และในสภาพที่ปราศจากน้ำก็จะไม่มี H+ หรือ OH- เกิดขึ้น

เมื่อกำหนดค่า pH ขึ้นมาแล้ว เราก็อาจหาค่า pOH ได้เช่นกัน
โดยที่ pOH = log 1
[OH- ]
ค่า pH + ค่า pOHในระบบสารละลายใดๆ จะรวมกันได้ 14 เสมอ ส่วนใหญ่ไม่มีผู้นิยมใช้ค่า pOH เป็นตัวบอกความเป็นกรดเป็นด่าง อันนี้เป็นเรื่องของความนิยม

 

ความเป็นกรดด่างของดิน
ค่าของ pH จะมีตั้งแต่ 0 ถึง 14
เมื่อ pH เท่ากับ 7 สารละลายมีปฏิกริยาเป็นกลาง
เมื่อ pH ต่ำกว่า 7 สารละลายมีปฏิกริยาเป็นกรด
เมื่อ pH สูงกว่า 7 สารละลายมีปฏิกริยาเป็นด่าง

ผลบวกของ pH กับ pOH เท่ากับ 14 เสมอไป
ตัวอย่างเช่น     เมื่อ pH  = 0 จะมี pOH  = 14 มีปฏิกริยาเป็นกรด
เมื่อ pH  = 4 จะมี pOH  = 10 มีปฏิกริยาเป็นกรด
เมื่อ pH = 7 จะมี pOH   = 7   มีปฏิกริยาเป็นกลาง เมื่อ pH = 10 จะมี pOH = 4 มีปฏิกริยาเป็นด่าง
เมื่อ pH = 14 จะมี pOH = 0 มีปฏิกริยาเป็นด่าง

อิทธิพลของ pH ต่อการละลายของธาตุอาหารพืช
pH มีอิทธิพลต่อการละลายของแร่ธาตุต่างๆ ในดิน เช่นเหล็ก, มังกานีส ทองแดง, สังกะสี และโบร่อน จะละลายได้มากเมื่อดินเป็นกรดจัด (pH ต่ำ) แต่จะละลายได้น้อยเมื่อดินเป็นด่าง (pH สูง) ส่วนพวกฟอสฟอรัส, แคลเซี่ยม, มักเนเซี่ยม, กำมะถันและโมลิบดีนั่ม จะละลายได้น้อยเมื่อดินเป็นกรด (pH ต่ำ) แต่จะละลายได้มากเมื่อดินเป็นด่าง (pH สูง) การละลายได้มากน้อยของธาตุอาหารพืชใน pH ระดับต่างๆ แสดงไว้ดังภาพ

อิทธิพลของ pH ต่อการเจริญเติบโตของพืช
pH ของดิน มีอิทธิพลต่อการเจริญเติบโตของพืชทั้งทางตรงและทางอ้อม อิทธิพลทางตรง คือ pH ของดินมีผลโดยตรงต่อรากพืช เช่นเมื่อ pH สูงหรือต่ำมากเกินไป อาจทำให้เกิดอันตรายกับรากพืช รากพืชไม่สามารถดูดน้ำหรือธาตุอาหารได้ ทำให้ต้นเหี่ยวเฉาหรือตายได้
อิทธิพลทางอ้อม คือ pH มีผลต่อการละลายของธาตุอาหารพืชต่างๆในดิน หาก pH ไม่เหมาะสมการละลายของธาตุอาหารพืชมีน้อยไม่พอเพียงแก่ความต้องการของพืช เช่นเมื่อ pH ต่ำมาก การละลายของธาตุฟอสฟอรัสมีน้อย ไม่พอเพียง พืชจะไม่เจริญเติบโต หรือถ้าหากในดินนั้นมีธาตุพวกมังกานีสหรืออลูมินั่มอยู่มาก  เมื่อ pH ต่ำมากๆ หรือดินเป็นกรดจัด ธาตุทั้ง 2 นี้จะละลายออกมามากจนเป็นพิษแก่พืชได้

นอกจากนั้น pH ยังมีอิทธิพลต่อการเจริญเติบโตหรือการทำงานของจุลินทรีย์ในดิน ซึ่งจุลินทรีย์บางชนิดสำคัญต่อการเจริญเติบโตของพืชเหล่านี้ เป็นผลทางอ้อมของ pH ของดินต่อการเจริญเติบโตของพืช