Mediile acide și alcaline: definiție și proprietăți. Test ph-test

Acizii și alcalii sunt două extreme ale aceleiași scale: proprietățile lor (total opuse) sunt determinate de aceeași valoare - concentrația ionilor de hidrogen (H⁺). Cu toate acestea, acest număr în sine este foarte inconfortabil: chiar și în medii acide, unde concentrația de ioni de hidrogen este mai mare, acest număr este în sutimi, miimi de unitate. Prin urmare, pentru comoditate, se utilizează logaritmul zecimal al acestei valori, înmulțit cu minus unu. Acesta este denumit în mod obișnuit pH (potenția Hydrogen) sau indice de hidrogen.

Originea conceptului

În general, faptul că mediile acide și alcaline 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 cât concentrația de H+ este mai mică, cu atât mediul este mai alcalin și cu atât concentrația ionilor opuși OH- este mai mare), este cunoscut de multă vreme de știință. Cu toate acestea, abia în 1909, chimistul danez Sørensen a publicat pentru prima dată un studiu în care a folosit termenul de pH, care a fost înlocuit ulterior cu pH.

Calcularea acidității

La calcularea exponentului ionului de hidrogen, se presupune că moleculele de apă din soluție, deși în cantități foarte mici, se disociază în ioni. Această reacție este cunoscută sub numele de autoprotoliză a apei:

H₂O --> H⁺ + OH^-

Reacția este reversibilă, astfel încât se determină constanta de echilibru (care arată care este concentrația medie a fiecărui component) pentru aceasta. Aici este valoarea constantei pentru condiții standard, adică temperatura de 22 °C.

Concentrațiile molare ale acestor componente sunt indicate în paranteze pătrate în partea de jos. Concentrația molară a apei în apă este de aproximativ 55 moli/litru, adică o valoare de ordinul doi. În consecință, produsul dintre concentrațiile de H⁺ și OH^- - aproximativ 10^-14. Această valoare se numește produsul ionic al apei.

În apa pură, concentrațiile ionilor de hidrogen și hidroxil sunt de 10^-7. În consecință, indicele de hidrogen al apei va fi de aproximativ 7. Această valoare a pH-ului este considerată ca fiind intervalul neutru.

Apoi trebuie să ne îndepărtăm de apă și să ne gândim la o soluție de acid sau de alcalin. Să luăm ca exemplu acidul acetic. Produsul ionic al apei va rămâne același, dar echilibrul dintre H⁺ și OH^- se va deplasa spre primul: ionii de hidrogen vor proveni din acidul acetic parțial disociat și "superfluu" ionii de hidroxid vor scăpa în moleculele de apă nedisociate. Concentrația de ioni de hidrogen va fi, prin urmare, mai mare, iar pH-ul va fi mai mic (nu uitați, logaritmul se ia cu un "minus"). În mod corespunzător, mediile acide și alcaline sunt legate de pH-ul. Și sunt legate în felul următor. Cu cât valoarea pH-ului este mai mică, cu atât mediul este mai acid.

Proprietăți ale unui mediu acid

Un mediu acid este o soluție cu un pH mai mic de 7. Deși la prima vedere produsul ionic al apei pare să limiteze pH-ul la valori cuprinse între 1 și 14, de fapt, există soluții cu un pH mai mic de 1 (sau chiar mai mic de zero) și mai mare de 14. De exemplu, în soluții concentrate de acizi puternici (sulfuric, clorhidric), pH-ul poate ajunge la -2.

Faptul că avem un mediu acid sau alcalin poate afecta solubilitatea anumitor substanțe. De exemplu, să luăm hidroxizi metalici. Solubilitatea este determinată de valoarea produsului de solubilitate, care din punct de vedere structural este același cu produsul ionic al apei: Concentrații înmulțite cu. În cazul hidroxidului, concentrația ionului metalic și concentrația ionilor de hidroxid sunt incluse în produsul de solubilitate. Dacă există un exces de ioni de hidrogen (într-un mediu acid), acestea vor fi mai active "rupe" Concentrațiile multiplicate ale ionilor de hidroxid din precipitat, schimbând astfel echilibrul în direcția formei dizolvate, mărind solubilitatea precipitatului.

De asemenea, merită menționat faptul că întregul tract digestiv uman este acid: pH-ul sucului gastric variază între 1 și 2. Abaterile de la aceste valori, într-o măsură mai mare sau mai mică, pot fi un semn al diferitelor boli.

Proprietăți ale unui mediu alcalin

Într-un mediu alcalin, exponentul ionului de hidrogen este mai mare de 7. Pentru comoditate, în mediile cu o concentrație mare de ioni de hidroxid, în locul indicelui de aciditate ionică a hidrogenului pH se folosește indicele de bazicitate pOH. Nu este greu de ghicit că se referă la o valoare egală cu -lg[OH^-] (logaritmul zecimal negativ al concentrației de ioni hidroxil). Direct din produsul ionic al apei rezultă ecuația pH + pOH =14. Prin urmare, pOH = 14 - pH. Astfel, pentru toate afirmațiile valabile pentru pH, inversul este valabil pentru indicele de bazicitate pOH. Dacă pH-ul unui mediu alcalin este mare prin definiție, pOH-ul său este evident mic, iar cu cât soluția alcalină este mai puternică, cu atât pOH-ul este mai mic.

Un paradox logic tocmai a apărut în această propoziție, care este responsabil pentru confuzia din multe discuții despre aciditate: O valoare scăzută a pH-ului indică un mediu foarte acid și invers: O valoare ridicată a pH-ului corespunde unui pH scăzut. Acest paradox apare pentru că logaritmul este luat cu semnul minus, iar scara de aciditate este inversată.

Determinarea practică a acidității

Pentru a determina valoarea pH-ului unui mediu, se folosesc așa-numiții indicatori. Acestea sunt, în general, molecule organice destul de complexe, care își schimbă culoarea în funcție de pH-ul mediului. indicatorul își schimbă culoarea într-un interval foarte restrâns de pH: acesta este utilizat în titrarea acido-bazică pentru a obține rezultate precise: titrarea se termină imediat ce indicatorul își schimbă culoarea.

Cele mai cunoscute sunt portocaliul de metil (interval de pH scăzut), fenolftaleina (interval de pH ridicat), litmus, albastru de timol și altele. În mediile acide și alcaline se utilizează indicatori diferiți, în funcție de regiunea în care se află intervalul de tranziție al acestora.

Există, de asemenea, indicatori universali - aceștia își schimbă treptat culoarea de la roșu la purpuriu intens atunci când trec de la medii puternic acide la medii puternic alcaline. De fapt, indicatorii universali sunt un amestec al celor obișnuiți.

Pentru o determinare mai precisă a acidității, se utilizează un instrument numit pH-metru (potențiometru). Acesta principiul de funcționare se bazează pe măsurarea unei forțe electromotoare într-un circuit în care elementul este o soluție cu un pH măsurabil. Potențialul electrodului scufundat în soluție este sensibil la concentrația de ioni de hidrogen din soluție - de aici rezultă modificarea EMF din care se calculează pH-ul real.

Aciditatea în casă

Aciditatea este de mare importanță în viața noastră de zi cu zi. De exemplu, acizii slabi - acidul acetic, acidul malic - sunt utilizați ca și conservanți. Soluțiile alcaline sunt detergenți, inclusiv săpunul. Cele mai simple săpunuri sunt sărurile de sodiu ale acizilor grași. În apă, se disociază: reziduul de acid gras - foarte lung - cu pe de o parte are o sarcină negativă, iar pe cealaltă parte a acestuia se află un lanț lung, nepolar, de atomi de carbon. Capătul moleculei pe care sarcina este implicată în hidratare adună moleculele de apă în jurul său. Celălalt capăt se atașează la alte substanțe nepolare, cum ar fi moleculele de grăsime. Acest lucru duce la formarea de miceli, bile care au o sarcină negativă care iese în afară "cozi" cu o sarcină negativă și ascunsă în interior "cozi" și particule de grăsime și murdărie. Grăsimea și murdăria sunt îndepărtate de pe suprafață, deoarece detergentul leagă toată grăsimea și murdăria în miceli.

Aciditatea și sănătatea

S-a menționat deja că pH-ul este foarte important pentru corpul uman. În afară de tractul digestiv, indicele de aciditate este, de asemenea, important de controlat în alte părți ale corpului: sânge, salivă, piele - pentru multe procese biologice este important un mediu acid și alcalin. Definiția lor permite o evaluare a stării organismului.

În prezent, testele de pH - așa-numitele teste rapide pentru teste de aciditate. Acestea sunt simple benzi de hârtie cu indicator universal.