Syrer og alkalier er to ekstreme posisjoner i samme skala: deres egenskaper (helt motsatte) bestemmes av samme verdi - konsentrasjonen av hydrogenioner (H+). Imidlertid er dette tallet i seg selv veldig upraktisk: selv i sure miljøer, hvor konsentrasjonen av hydrogenioner er høyere, er dette tallet hundredeler, tusendeler av en enhet. Derfor bruker de for enkelhets skyld desimallogaritmen til denne verdien, multiplisert med minus én. Det er vanlig å si at dette er pH (potentia Hydrogen), eller en hydrogenindikator.
fremveksten av konseptet
Generelt er det faktum at et surt miljø og et alkalisk miljø bestemmes av konsentrasjonen av hydrogenioner H + og at jo høyere konsentrasjonen er, desto surere er løsningen (og omvendt, jo lavere er H + konsentrasjon, jo mer alkalisk miljø og jo høyere konsentrasjon av motsatte OH-ioner -), har vært kjent for vitenskapen i lang tid. Det var imidlertid først i 1909 at den danske kjemikeren Sørensen først publiserte forskning der han brukte begrepet en hydrogenindeks – PH, senere erstattet av pH.
Beregning av surhetsgrad
Ved beregning av pH-indeksen antas det at vannmolekyler i løsning, om enn i svært små mengder, fortsatt dissosieres til ioner. Denne reaksjonen kalles vannautoprotolyse:
H2O H+ + OH-
Reaksjonen er reversibel, så en likevektskonstant er definert for den (som viser gjennomsnittskonsentrasjonene av hver komponent). Her er verdien av konstanten for standardforhold - temperatur 22 °C.
Under i firkantede parenteser - molare konsentrasjoner av de angitte komponentene. Den molare konsentrasjonen av vann i vann er omtrent 55 mol/liter, som er en andre ordens verdi. Derfor er produktet av konsentrasjonene av H+ og OH- ioner omtrent 10-14. Denne verdien kalles det ioniske produktet av vann.
I rent vann er konsentrasjonen av hydrogenioner og hydroksydioner 10-7. Følgelig vil pH-verdien til vann være ca. 7. Denne pH-verdien tas som et nøytr alt miljø.
Deretter må du se bort fra vannet og vurdere en løsning av syre eller alkali. Ta for eksempel eddiksyre. Det ioniske produktet av vann vil forbli det samme, men balansen mellom ionene H+ og OH- vil skifte mot førstnevnte: hydrogenioner vil kommer fra delvis dissosiert eddiksyre, og "ekstra" hydroksidioner vil gå inn i ikke-dissosierte vannmolekyler. Dermed vil konsentrasjonen av hydrogenioner være høyere og pH vil være lavere (ikke nødvendigglem at logaritmen er tatt med et minustegn). Følgelig er sure og alkaliske relatert til pH. Og de henger sammen på følgende måte. Jo lavere pH-verdi, desto surere miljø.
Sure egenskaper
Sure miljøer er løsninger med en pH mindre enn 7. Det bør bemerkes at selv om verdien av det ioniske produktet av vann ved første øyekast begrenser pH-verdiene i området fra 1 til 14, faktisk eksisterer løsninger med en pH mindre enn én (og til og med mindre enn null) og større enn 14. For eksempel, i konsentrerte løsninger av sterke syrer (svovelsyre, s altsyre) kan pH nå -2.
Løseligheten til visse stoffer kan avhenge av om vi har et surt miljø eller et alkalisk miljø. Ta for eksempel metallhydroksider. Løselighet bestemmes av verdien av løselighetsproduktet, som har samme struktur som ioneproduktet av vann: multipliserte konsentrasjoner. Når det gjelder hydroksid inkluderer løselighetsproduktet konsentrasjonen av metallionet og konsentrasjonen av hydroksidioner. Ved et overskudd av hydrogenioner (i et surt miljø), vil de mer aktivt "trekke ut" hydroksydioner fra bunnfallet, og dermed flytte likevekten mot den oppløste formen, og øke løseligheten til bunnfallet.
Det er også verdt å nevne at hele menneskets fordøyelseskanal har et surt miljø: pH i magesaften varierer fra 1 til 2. Avvik fra disse verdiene opp eller ned kan være et tegn på ulike sykdommer.
Egenskaper til alkalisk medium
Bi et alkalisk miljø antar pH-verdien verdier større enn 7. For enkelhets skyld, i miljøer med høy konsentrasjon av hydroksidioner, erstattes pH-indikatoren for surhet med pH-indikatoren for basicitet pOH. Det er lett å gjette at det angir en verdi lik -lg[OH-] (negativ desimallogaritme for konsentrasjonen av hydroksidioner). Direkte fra det ioniske produktet av vann følger likheten pH + pOH=14. Derfor pOH=14 - pH. For alle utsagn som er sanne for pH-indeksen, er de motsatte utsagnene sanne for pOH-basisitetsindeksen. Hvis pH-verdien til et alkalisk medium er høy per definisjon, så er dets pOH åpenbart liten, og jo sterkere alkaliløsningen er, desto lavere er pOH-verdien.
Denne setningen har nettopp introdusert et logisk paradoks som forvirrer mange diskusjoner om surhet: lav surhet indikerer høy surhet, og omvendt: høye pH-verdier tilsvarer lav surhet. Dette paradokset oppstår fordi logaritmen er tatt med et minustegn, og surhetsskalaen er så å si invertert.
Praktisk definisjon av surhet
Såk alte indikatorer brukes for å bestemme surheten i mediet. Vanligvis er dette ganske komplekse organiske molekyler som endrer farge avhengig av pH i mediet. Indikatoren endrer farge over et veldig sm alt pH-område: dette brukes i syre-base titreringer for å oppnå nøyaktige resultater: titreringen stoppes så snart indikatoren endrer farge.
De mest kjente indikatorene er metyloransje (overgangsintervall i regionen med lav pH), fenolftalein (overgangsintervall i regionen med høy pH), lakmus, tymolblå og andre. I sure miljøer og alkaliske miljøer brukes forskjellige indikatorer avhengig av området hvor overgangsintervallet deres ligger.
Det finnes også universelle indikatorer - de endrer fargen gradvis fra rød til dyp lilla når de går fra sterkt sure til sterkt alkaliske miljøer. Faktisk er universelle indikatorer en blanding av vanlige.
For en mer nøyaktig bestemmelse av surhetsgraden brukes et apparat - et pH-meter (henholdsvis potensiometer, metoden kalles potensiometri). Dets operasjonsprinsipp er basert på måling av EMF i en krets, hvis element er en løsning med en målt pH. Potensialet til en elektrode nedsenket i en løsning er følsom for konsentrasjonen av hydrogenioner i løsningen - derav endringen i EMF, som den virkelige pH beregnes på grunnlag av.
Surhet i ulike miljøer i hverdagen
Surhetsindeksen er av stor betydning i hverdagen. For eksempel brukes svake syrer - eddiksyre, eplesyre - som konserveringsmidler. Alkaliske løsninger er vaskemidler, inkludert såpe. Den enkleste såpen er natriums alter av fettsyrer. I vann dissosierer de: fettsyreresten - veldig lang - har på den ene siden en negativ ladning, og på den andre siden - en lang ikke-polar kjede av karbonatomer. Atenden av molekylet, der ladningen deltar i hydrering, samler vannmolekyler rundt seg. Den andre enden fester seg til andre ikke-polare ting, som fettmolekyler. Som et resultat dannes det miceller - kuler, der "haler" med negativ ladning stikker ut, og "haler" og partikler av fett og smuss er skjult inni. Overflaten vaskes for fett og smuss på grunn av at vaskemiddelet binder alt fett og skitt inn i slike miceller.
Surhet og helse
Det har allerede blitt nevnt at pH er av stor betydning for menneskekroppen. I tillegg til fordøyelseskanalen er det viktig å kontrollere surhetsindeksen i andre deler av kroppen: blod, spytt, hud - sure og alkaliske miljøer er av stor betydning for mange biologiske prosesser. Definisjonen deres lar deg vurdere kroppens tilstand.
Nå øker pH-tester i popularitet – de såk alte ekspresstestene for å sjekke surhetsgraden. De er vanlige strimler med universalindikatorpapir.
