Acizii și alcaliile sunt două poziții extreme de aceeași scară: proprietățile lor (complet opuse) sunt determinate de aceeași valoare - concentrația ionilor de hidrogen (H+). Cu toate acestea, în sine, acest număr este foarte incomod: chiar și în mediile acide, unde concentrația ionilor de hidrogen este mai mare, acest număr este de sutimi, miimi de unitate. Prin urmare, pentru comoditate, folosesc logaritmul zecimal al acestei valori, înmulțit cu minus unu. Se obișnuiește să spunem că acesta este pH (potenția hidrogen) sau un indicator de hidrogen.
Apariția conceptului
În general, faptul că un mediu acid și un mediu alcalin sunt determinate de concentrația ionilor de hidrogen H + și că cu cât concentrația acestora este mai mare, cu atât soluția este mai acidă (și invers, cu atât H + este mai scăzută). concentrație, cu cât mediul este mai alcalin și cu atât concentrația de ioni OH opuși -), este cunoscută științei de mult timp. Cu toate acestea, abia în 1909 chimistul danez Sørensen a publicat pentru prima dată cercetări în care a folosit conceptul de indice de hidrogen - PH, înlocuit ulterior cu pH.
Calculul acidității
Când se calculează indicele pH, se presupune că moleculele de apă în soluție, deși în cantități foarte mici, încă se disociază în ioni. Această reacție se numește autoprotoliză în apă:
H2O H+ + OH-
Reacția este reversibilă, deci este definită o constantă de echilibru pentru aceasta (afișând concentrațiile medii ale fiecărei componente). Iată valoarea constantei pentru condiții standard - temperatura 22 °C.
Mai jos între paranteze drepte - concentrațiile molare ale componentelor indicate. Concentrația molară a apei în apă este de aproximativ 55 mol/litru, care este o valoare de ordinul doi. Prin urmare, produsul concentrațiilor ionilor H+ și OH- este de aproximativ 10-14. Această valoare se numește produsul ionic al apei.
În apa pură, concentrațiile ionilor de hidrogen și hidroxid sunt de 10-7. În consecință, valoarea pH-ului apei va fi de aproximativ 7. Această valoare a pH-ului este considerată un mediu neutru.
În continuare, trebuie să vă îndepărtați de apă și să luați în considerare o soluție de acid sau alcali. Luați, de exemplu, acidul acetic. Produsul ionic al apei va rămâne același, dar echilibrul dintre ionii H+ și OH- se va deplasa spre primul: ionii de hidrogen se vor deplasa provin din acid acetic parțial disociat, iar ionii de hidroxid „extra” vor intra în moleculele de apă nedisociate. Astfel, concentrația ionilor de hidrogen va fi mai mare, iar pH-ul va fi mai scăzut (nu este nevoieuitați că logaritmul este luat cu semnul minus). În consecință, acide și alcaline sunt legate de pH. Și sunt conectate în felul următor. Cu cât valoarea pH-ului este mai mică, cu atât mediul este mai acid.
Proprietăți acide
Mediile acide sunt soluții cu un pH mai mic de 7. Trebuie remarcat faptul că, deși valoarea produsului ionic al apei la prima vedere limitează valorile pH-ului în intervalul de la 1 la 14, de fapt, există soluții cu un pH mai mic de unu (și chiar mai mic de zero) și mai mare de 14. De exemplu, în soluții concentrate de acizi tari (sulfuric, clorhidric) pH-ul poate ajunge la -2.
Solubilitatea anumitor substanțe poate depinde dacă avem un mediu acid sau alcalin. De exemplu, luați hidroxizi metalici. Solubilitatea este determinată de valoarea produsului de solubilitate, care este aceeași ca structură cu produsul ionic al apei: concentrații înmulțite. În cazul hidroxidului, produsul de solubilitate include concentrația ionului metalic și concentrația ionilor de hidroxid. În cazul unui exces de ioni de hidrogen (într-un mediu acid), aceștia vor „trage” mai activ ionii de hidroxid din precipitat, deplasând astfel echilibrul către forma dizolvată, crescând solubilitatea precipitatului.
De asemenea, merită menționat faptul că întreg tractul digestiv uman are un mediu acid: pH-ul sucului gastric variază de la 1 la 2. Abaterea de la aceste valori în sus sau în jos poate fi un semn al diferitelor boli.
Proprietățile mediului alcalin
Bîntr-un mediu alcalin, valoarea pH-ului ia valori mai mari de 7. Pentru comoditate, în medii cu o concentrație mare de ioni de hidroxid, indicatorul pH al acidității este înlocuit cu indicatorul pH al bazicității pOH. Este ușor de ghicit că denotă o valoare egală cu -lg[OH-] (logaritm zecimal negativ al concentrației ionilor de hidroxid). Direct din produsul ionic al apei rezultă egalitatea pH + pOH=14. Prin urmare pOH=14 - pH. Astfel, pentru toate afirmațiile care sunt adevărate pentru indicele pH, afirmațiile opuse sunt adevărate pentru indicele de bazicitate pOH. Dacă pH-ul unui mediu alcalin este mare prin definiție, atunci pOH-ul său este în mod evident mic și cu cât soluția alcalină este mai puternică, cu atât valoarea pOH este mai mică.
Această propoziție tocmai a introdus un paradox logic care încurcă multe discuții despre aciditate: aciditatea scăzută indică aciditate ridicată și invers: valorile ridicate ale pH-ului corespund unei acidități scăzute. Acest paradox apare deoarece logaritmul este luat cu semnul minus, iar scala de aciditate este, parcă, inversată.
Definiția practică a acidității
Așa-numiții indicatori sunt utilizați pentru a determina aciditatea mediului. De obicei, acestea sunt molecule organice destul de complexe care își schimbă culoarea în funcție de pH-ul mediului. Indicatorul își schimbă culoarea într-un interval de pH foarte îngust: acesta este utilizat în titrarile acido-bazice pentru a obține rezultate precise: titrarea este oprită de îndată ce indicatorul își schimbă culoarea.
Cei mai faimoși indicatori sunt metilportocaliu (interval de tranziție în regiunea cu pH scăzut), fenolftaleină (interval de tranziție în regiunea cu pH ridicat), turnesol, albastru de timol și altele. În mediile acide și mediile alcaline, se folosesc diferiți indicatori în funcție de zona în care se află intervalul lor de tranziție.
Există, de asemenea, indicatori universali - își schimbă treptat culoarea de la roșu la violet intens atunci când trec de la medii puternic acide la medii puternic alcaline. De fapt, indicatorii universali sunt un amestec de cei obișnuiți.
Pentru o determinare mai precisă a acidității se folosește un dispozitiv - un pH-metru (potențiometru, respectiv metoda, se numește potențiometrie). Principiul său de funcționare se bazează pe măsurarea EMF într-un circuit, al cărui element este o soluție cu un pH măsurat. Potențialul unui electrod scufundat într-o soluție este sensibil la concentrația ionilor de hidrogen din soluție - de unde modificarea EMF, pe baza căreia se calculează pH-ul real.
Aciditatea diferitelor medii din viața de zi cu zi
Indicele de aciditate este de mare importanță în viața de zi cu zi. De exemplu, acizii slabi - acetic, malic - sunt folosiți ca conservanți. Soluțiile alcaline sunt detergenți, inclusiv săpunul. Cel mai simplu săpun sunt sărurile de sodiu ale acizilor grași. În apă, se disociază: reziduul de acid gras - foarte lung - are pe de o parte o sarcină negativă, iar pe de altă parte - un lanț lung nepolar de atomi de carbon. Aceacapătul moleculei, la care sarcina participă la hidratare, colectează molecule de apă în jurul ei. Celăl alt capăt se atașează de alte lucruri nepolare, cum ar fi moleculele de grăsime. Ca rezultat, se formează miceliile - bile, în care „cozile” cu o sarcină negativă ies în afară, iar „cozile” și particulele de grăsime și murdărie sunt ascunse în interior. Suprafața este spălată de grăsime și murdărie datorită faptului că detergentul leagă toată grăsimea și murdăria în astfel de micele.
Aciditate și sănătate
S-a menționat deja că pH-ul este de mare importanță pentru corpul uman. Pe lângă tractul digestiv, este important să se controleze indicele de aciditate în alte părți ale corpului: sânge, saliva, piele - mediile acide și alcaline sunt de mare importanță pentru multe procese biologice. Definiția lor vă permite să evaluați starea corpului.
Acum, testele de pH câștigă popularitate - așa-numitele teste expres pentru verificarea acidității. Sunt benzi obișnuite de hârtie indicator universală.
