Kiseline i lužine su dva ekstremna položaja iste skale: njihova svojstva (potpuno suprotna) određena su istom vrijednošću - koncentracijom vodikovih jona (H+). Međutim, sam po sebi ovaj broj je vrlo nezgodan: čak i u kiselim sredinama, gdje je koncentracija vodikovih iona veća, ovaj broj je stoti dio, hiljaditi dio jedinice. Stoga, radi praktičnosti, koriste decimalni logaritam ove vrijednosti, pomnožen sa minus jedan. Uobičajeno je reći da je ovo pH (potentia Hydrogen), ili indikator vodonika.
Pojava koncepta
Uopšteno govoreći, činjenica da su kisela sredina i alkalna sredina određene koncentracijom vodikovih jona H+ i da što je njihova koncentracija veća, to je rastvor kiseliji (i obrnuto, niži je H + koncentracija, što je okolina alkalnija i veća je koncentracija suprotnih OH jona -), poznato je nauci već duže vrijeme. Međutim, tek 1909. danski hemičar Sørensen prvi je objavio istraživanje u kojem je koristio koncept vodikovog indeksa - PH, kasnije zamijenjen pH.
Izračun kiselosti
Prilikom izračunavanja pH indeksa, pretpostavlja se da se molekuli vode u rastvoru, iako u vrlo malim količinama, ipak disociraju u jone. Ova reakcija se naziva autoprotoliza vode:
H2O H+ + OH-
Reakcija je reverzibilna, tako da je za nju definirana konstanta ravnoteže (pokazuje prosječne koncentracije svake komponente). Evo vrijednosti konstante za standardne uslove - temperatura 22 °C.
Dole u uglastim zagradama - molarne koncentracije navedenih komponenti. Molarna koncentracija vode u vodi je približno 55 mol/litar, što je vrijednost drugog reda. Dakle, proizvod koncentracija H+ i OH- jona je oko 10-14. Ova vrijednost se naziva jonski proizvod vode.
U čistoj vodi, koncentracije jona vodonika i hidroksidnih jona su 10-7. U skladu s tim, pH vrijednost vode će biti približno 7. Ova pH vrijednost se uzima kao neutralna sredina.
Dalje, treba da skrenete pogled sa vode i razmislite o rastvoru neke kiseline ili lužine. Uzmimo, na primjer, octenu kiselinu. Jonski proizvod vode će ostati isti, ali će se ravnoteža između jona H+ i OH- pomjeriti prema prvom: joni vodonika će dolaze iz djelomično disocirane octene kiseline, a "dodatni" hidroksidni joni će ići u nedisocirane molekule vode. Tako će koncentracija vodikovih jona biti veća, a pH niži (nema potrebezaboraviti da se logaritam uzima sa znakom minus). Prema tome, kiseli i alkalni su povezani sa pH. A oni su povezani na sljedeći način. Što je niža pH vrijednost, to je okoliš kiseliji.
Kisela svojstva
Kisele sredine su rastvori sa pH manjim od 7. Treba napomenuti da iako vrednost jonskog proizvoda vode na prvi pogled ograničava pH vrednosti u opsegu od 1 do 14, u stvari, postoje rastvori sa pH manjim od jedan (pa čak i manjim od nule) i većim od 14. Na primjer, u koncentriranim otopinama jakih kiselina (sumporna, hlorovodonična) pH može doseći -2.
Rastvorljivost određenih supstanci može zavisiti od toga da li imamo kiselu ili alkalnu sredinu. Na primjer, uzmite metalne hidrokside. Rastvorljivost je određena vrijednošću proizvoda topljivosti, koji je po strukturi isti kao ionski proizvod vode: pomnožene koncentracije. U slučaju hidroksida, proizvod topljivosti uključuje koncentraciju iona metala i koncentraciju hidroksidnih iona. U slučaju viška vodikovih jona (u kiseloj sredini), oni će aktivnije „izvlačiti“hidroksidne jone iz taloga, pomerajući tako ravnotežu prema rastvorenom obliku, povećavajući rastvorljivost taloga.
Vrijedi spomenuti i da cijeli ljudski probavni trakt ima kiselu sredinu: pH želudačnog soka se kreće od 1 do 2. Odstupanje od ovih vrijednosti naviše ili naniže može biti znak raznih bolesti.
Svojstva alkalnog medija
Bu alkalnoj sredini pH vrijednost poprima vrijednosti veće od 7. Radi praktičnosti, u sredinama s visokom koncentracijom hidroksidnih jona, pH indikator kiselosti zamjenjuje se pH indikatorom bazičnosti pOH. Lako je pogoditi da označava vrijednost jednaku -lg[OH-] (negativni decimalni logaritam koncentracije hidroksidnih jona). Direktno iz jonskog proizvoda vode slijedi jednakost pH + pOH=14. Prema tome, pOH=14 - pH. Dakle, za sve tvrdnje koje su tačne za pH indeks, suprotne tvrdnje su istinite za indeks baznosti pOH. Ako je pH alkalnog medija velik po definiciji, onda je njegov pOH očito mali, a što je jača otopina alkalije, to je niža vrijednost pOH.
Ova rečenica je upravo uvela logičan paradoks koji zbunjuje mnoge rasprave o kiselosti: niska kiselost ukazuje na visoku kiselost, i obrnuto: visoke pH vrijednosti odgovaraju niskoj kiselosti. Ovaj paradoks se javlja zato što se logaritam uzima sa predznakom minus, a skala kiselosti je, takoreći, obrnuta.
Praktična definicija kiselosti
Za određivanje kiselosti medijuma koriste se takozvani indikatori. Obično su to prilično složeni organski molekuli koji mijenjaju boju u zavisnosti od pH sredine. Indikator mijenja boju u vrlo uskom pH rasponu: ovo se koristi u kiselo-baznim titracijama za postizanje tačnih rezultata: titracija se zaustavlja čim indikator promijeni boju.
Najpoznatiji indikatori su metilnarandžasta (prelazni interval u području sa niskim pH), fenolftalein (prelazni interval u području sa visokim pH), lakmus, timol plava i dr. U kiselim i alkalnim sredinama koriste se različiti indikatori u zavisnosti od oblasti u kojoj se nalazi njihov prelazni interval.
Postoje i univerzalni indikatori - oni postepeno mijenjaju svoju boju od crvene do tamno ljubičaste kada prelaze iz jako kiselog u jako alkalno okruženje. U stvari, univerzalni indikatori su mješavina uobičajenih.
Za preciznije određivanje kiselosti koristi se uređaj - pH metar (potenciometar, odnosno metoda se zove potenciometrija). Njegov princip rada zasniva se na mjerenju EMF-a u kolu, čiji je element otopina s izmjerenim pH. Potencijal elektrode uronjene u otopinu osjetljiv je na koncentraciju vodikovih jona u otopini - otuda i promjena EMF-a, na osnovu koje se izračunava stvarni pH.
Kiselost raznih sredina u svakodnevnom životu
Indeks kiselosti je od velike važnosti u svakodnevnom životu. Na primjer, slabe kiseline - octena, jabučna - koriste se kao konzervansi. Alkalne otopine su deterdženti, uključujući sapun. Najjednostavniji sapun su natrijeve soli masnih kiselina. U vodi se disociraju: ostatak masne kiseline - vrlo dug - s jedne strane ima negativan naboj, as druge strane - dugačak nepolarni lanac atoma ugljika. Tokraj molekula, na kojem naboj učestvuje u hidrataciji, skuplja oko sebe molekule vode. Drugi kraj se vezuje za druge nepolarne stvari, poput molekula masti. Kao rezultat toga nastaju micele - kuglice, u kojima vire "repovi" s negativnim nabojem, a unutra su skriveni "repovi" i čestice masti i prljavštine. Površina je oprana od masnoće i prljavštine zbog činjenice da deterdžent veže svu masnoću i prljavštinu u takve micele.
Kiselina i zdravlje
Već je pomenuto da je pH od velike važnosti za ljudski organizam. Osim u probavnom traktu, važno je kontrolirati i indeks kiselosti u drugim dijelovima tijela: krvi, pljuvačke, kože – kisela i alkalna sredina su od velike važnosti za mnoge biološke procese. Njihova definicija vam omogućava da procenite stanje tela.
Sada su sve popularniji pH testovi - takozvani ekspresni testovi za provjeru kiselosti. To su obične trake univerzalnog indikatorskog papira.
