Syror och alkalier är två extrema positioner av samma skala: deras egenskaper (helt motsatta) bestäms av samma värde - koncentrationen av vätejoner (H+). Men i sig är detta antal mycket obekvämt: även i sura miljöer, där koncentrationen av vätejoner är högre, är detta antal hundradelar, tusendelar av en enhet. Därför använder de för enkelhetens skull decimallogaritmen för detta värde, multiplicerat med minus ett. Det är vanligt att säga att detta är pH (potentia Hydrogen), eller en väteindikator.
Uppkomsten av konceptet
I allmänhet gäller det faktum att en sur miljö och en alkalisk miljö bestäms av koncentrationen av vätejoner H + och att ju högre koncentration de har, desto surare är lösningen (och vice versa, desto lägre H + koncentration, ju mer alkalisk miljö och desto högre koncentration av motsatta OH-joner -), har varit känt för vetenskapen under lång tid. Det var dock inte förrän 1909 som den danske kemisten Sørensen först publicerade forskning där han använde begreppet ett väteindex - PH, senare ersatt av pH.
Beräkning av surhet
Vid beräkning av pH-index antas det att vattenmolekyler i lösning, om än i mycket små mängder, fortfarande dissocierar till joner. Denna reaktion kallas vattenautoprotolys:
H2O H+ + OH-
Reaktionen är reversibel, så en jämviktskonstant definieras för den (som visar medelkoncentrationerna för varje komponent). Här är värdet på konstanten för standardförhållanden - temperatur 22 °C.
Nedan inom hakparenteser - molära koncentrationer av de angivna komponenterna. Den molära koncentrationen av vatten i vatten är cirka 55 mol/liter, vilket är ett andra ordningens värde. Därför är produkten av koncentrationerna av H+ och OH- joner cirka 10-14. Detta värde kallas den joniska produkten av vatten.
I rent vatten är koncentrationerna av vätejoner och hydroxidjoner 10-7. Följaktligen kommer vattnets pH-värde att vara cirka 7. Detta pH-värde tas som en neutral miljö.
Närnäst måste du titta bort från vattnet och överväga en lösning av syra eller alkali. Ta till exempel ättiksyra. Den joniska produkten av vatten kommer att förbli densamma, men balansen mellan jonerna H+ och OH- kommer att förskjutas mot det förra: vätejoner kommer att kommer från delvis dissocierad ättiksyra, och "extra" hydroxidjoner kommer att gå in i icke-dissocierade vattenmolekyler. Således kommer koncentrationen av vätejoner att vara högre och pH kommer att vara lägre (inget behovglöm att logaritmen tas med ett minustecken). Följaktligen är sura och alkaliska relaterade till pH. Och de hänger ihop på följande sätt. Ju lägre pH-värde, desto surare miljö.
Sura egenskaper
Sura miljöer är lösningar med ett pH lägre än 7. Det bör noteras att även om värdet på den joniska produkten av vatten vid första anblicken begränsar pH-värdena i området från 1 till 14, i själva verket finns lösningar med ett pH lägre än ett (och till och med mindre än noll) och högre än 14. Till exempel, i koncentrerade lösningar av starka syror (svavelsyra, s altsyra) kan pH nå -2.
Lösligheten för vissa ämnen kan bero på om vi har en sur miljö eller en alkalisk miljö. Ta till exempel metallhydroxider. Lösligheten bestäms av värdet av löslighetsprodukten, som är densamma i struktur som jonprodukten av vatten: multiplicerade koncentrationer. När det gäller hydroxid inkluderar löslighetsprodukten koncentrationen av metalljonen och koncentrationen av hydroxidjoner. I fallet med ett överskott av vätejoner (i en sur miljö), kommer de mer aktivt att "dra ut" hydroxidjoner från fällningen och därigenom förskjuta jämvikten mot den lösta formen, vilket ökar fällningens löslighet.
Det är också värt att nämna att hela den mänskliga matsmältningskanalen har en sur miljö: pH i magsaften varierar från 1 till 2. Avvikelse från dessa värden uppåt eller nedåt kan vara ett tecken på olika sjukdomar.
Egenskaper för alkaliskt medium
Bi en alkalisk miljö antar pH-värdet värden större än 7. För enkelhetens skull, i miljöer med hög koncentration av hydroxidjoner, ersätts pH-indikatorn för surhet med pH-indikatorn för basicitet pOH. Det är lätt att gissa att det betecknar ett värde lika med -lg[OH-] (negativ decimallogaritm för koncentrationen av hydroxidjoner). Direkt från den joniska produkten av vatten följer jämställdheten pH + pOH=14. Därför är pOH=14 - pH. Således, för alla påståenden som är sanna för pH-indexet, gäller de motsatta påståendena för pOH-basicitetsindexet. Om pH i ett alkaliskt medium är högt per definition, är dess pOH uppenbarligen litet, och ju starkare alkalilösningen är, desto lägre är pOH-värdet.
Den här meningen har precis introducerat en logisk paradox som förvirrar många diskussioner om surhet: låg surhet indikerar hög surhet och vice versa: höga pH-värden motsvarar låg surhet. Denna paradox uppstår eftersom logaritmen tas med ett minustecken, och surhetsskalan är så att säga inverterad.
Praktisk definition av surhet
Sk indikatorer används för att bestämma surheten i mediet. Vanligtvis är dessa ganska komplexa organiska molekyler som ändrar färg beroende på mediets pH. Indikatorn ändrar färg över ett mycket snävt pH-område: detta används i syra-bastitrering för att uppnå exakta resultat: titreringen stoppas så snart indikatorn ändrar färg.
De mest kända indikatorerna är metylorange (övergångsintervall i området med lågt pH), fenolftalein (övergångsintervall i området med högt pH), lackmus, tymolblått och andra. I sura miljöer och alkaliska miljöer används olika indikatorer beroende på i vilket område deras övergångsintervall ligger.
Det finns också universella indikatorer - de ändrar färg gradvis från röd till mörklila när de går från starkt sura till starkt alkaliska miljöer. Faktum är att universella indikatorer är en blandning av vanliga.
För en mer exakt bestämning av surhetsgraden används en anordning - en pH-mätare (potentiometer, metoden, respektive kallas potentiometri). Dess funktionsprincip är baserad på mätning av EMF i en krets, vars element är en lösning med ett uppmätt pH. Potentialen hos en elektrod nedsänkt i en lösning är känslig för koncentrationen av vätejoner i lösningen - därav förändringen i EMF, på basis av vilken det verkliga pH-värdet beräknas.
Surhet i olika miljöer i vardagen
Surhetsindexet är av stor betydelse i vardagen. Till exempel används svaga syror - ättiksyra, äppelsyra - som konserveringsmedel. Alkaliska lösningar är rengöringsmedel, inklusive tvål. Den enklaste tvålen är natriums alter av fettsyror. I vatten dissocierar de: fettsyraresten - mycket lång - har å ena sidan en negativ laddning, och å andra sidan - en lång opolär kedja av kolatomer. Det däränden av molekylen, vid vilken laddningen deltar i hydratisering, samlar vattenmolekyler runt sig. Den andra änden fäster vid andra icke-polära saker, som fettmolekyler. Som ett resultat bildas miceller - bollar, i vilka "svansar" med negativ laddning sticker ut och "svansar" och partiklar av fett och smuts är gömda inuti. Ytan tvättas från fett och smuts på grund av att tvättmedlet binder allt fett och smuts till sådana miceller.
Syrlighet och hälsa
Det har redan nämnts att pH är av stor betydelse för människokroppen. Förutom matsmältningskanalen är det viktigt att kontrollera surhetsindexet i andra delar av kroppen: blod, saliv, hud - sura och alkaliska miljöer har stor betydelse för många biologiska processer. Deras definition låter dig bedöma kroppens tillstånd.
Nu blir pH-tester allt populärare – de så kallade expresstesterna för att kontrollera surhetsgraden. De är vanliga remsor av universellt indikatorpapper.
