اسیدها و قلیاها دو موقعیت افراطی در یک مقیاس هستند: خواص آنها (کاملاً متضاد) با یک مقدار تعیین می شود - غلظت یون های هیدروژن (H+). با این حال، این عدد به خودی خود بسیار ناخوشایند است: حتی در محیط های اسیدی، که غلظت یون های هیدروژن بیشتر است، این عدد صدم، هزارم واحد است. بنابراین، برای راحتی، از لگاریتم اعشاری این مقدار، ضرب در منهای یک استفاده می کنند. مرسوم است که بگوییم این pH (هیدروژن پتانسیل) یا نشانگر هیدروژن است.
ظهور مفهوم
به طور کلی، این واقعیت که یک محیط اسیدی و یک محیط قلیایی با غلظت یون های هیدروژن H + تعیین می شود و هر چه غلظت آنها بیشتر باشد، محلول اسیدی تر است (و بالعکس، H + پایین تر است. غلظت، هر چه محیط قلیایی تر باشد و غلظت یون های مخالف OH بیشتر باشد -) از دیرباز برای علم شناخته شده است. با این حال، تا سال 1909 بود که سورنسن شیمیدان دانمارکی اولین تحقیقی را منتشر کرد که در آن از مفهوم شاخص هیدروژن - PH که بعداً با pH جایگزین شد، استفاده کرد.
محاسبه اسیدیته
هنگام محاسبه شاخص pH، فرض بر این است که مولکول های آب در محلول، هرچند در مقادیر بسیار کم، هنوز به یون تجزیه می شوند. این واکنش اتوپروتولیز آب نامیده می شود:
H2O H+ + OH-
واکنش برگشت پذیر است، بنابراین یک ثابت تعادل برای آن تعریف می شود (نمایش میانگین غلظت هر جزء). در اینجا مقدار ثابت برای شرایط استاندارد است - دمای 22 درجه سانتیگراد.
در زیر در براکت های مربع - غلظت مولی اجزای نشان داده شده است. غلظت مولی آب در آب تقریباً 55 مول در لیتر است که یک مقدار مرتبه دوم است. بنابراین، حاصلضرب غلظت یون‌های H+ و OH- حدود 10-14 است. این مقدار محصول یونی آب نامیده می شود.
در آب خالص، غلظت یون هیدروژن و یون هیدروکسید 10-7 است. بر این اساس، مقدار pH آب تقریباً 7 خواهد بود. این مقدار pH به عنوان یک محیط خنثی در نظر گرفته می شود.
در مرحله بعد، باید از آب دور نگاه کنید و محلولی از مقداری اسید یا قلیایی در نظر بگیرید. به عنوان مثال، اسید استیک را در نظر بگیرید. محصول یونی آب یکسان خواهد ماند، اما تعادل بین یون های H+ و OH- به سمت اولی تغییر خواهد کرد: یون های هیدروژن از اسید استیک نیمه تفکیک شده می‌آیند و یون‌های هیدروکسید «اضافی» به مولکولهای آب تفکیک نشده می‌روند. بنابراین غلظت یون های هیدروژن بیشتر و pH کمتر می شود (نیازی نیستفراموش کنید که لگاریتم با علامت منفی گرفته شده است). بر این اساس اسیدی و قلیایی با pH مرتبط هستند. و به روش زیر به هم وصل می شوند. هرچه مقدار pH کمتر باشد، محیط اسیدی تر است.
خواص اسیدی
محیط های اسیدی محلول هایی با pH کمتر از 7 هستند. لازم به ذکر است که اگرچه مقدار محصول یونی آب در نگاه اول مقادیر pH را در محدوده 1 تا 14 محدود می کند. در واقع محلول هایی با pH کمتر از یک (و حتی کمتر از صفر) و بیشتر از 14 وجود دارند. به عنوان مثال، در محلول های غلیظ اسیدهای قوی (سولفوریک، کلریدریک) pH می تواند به -2 برسد.
حلالیت برخی از مواد ممکن است به این بستگی دارد که محیط اسیدی یا قلیایی داریم. به عنوان مثال، هیدروکسیدهای فلزی را در نظر بگیرید. حلالیت با مقدار محصول حلالیت تعیین می شود که از نظر ساختاری با محصول یونی آب یکسان است: غلظت های ضرب شده. در مورد هیدروکسید، محصول حلالیت شامل غلظت یون فلز و غلظت یون هیدروکسید است. در صورت وجود بیش از حد یون های هیدروژن (در یک محیط اسیدی)، آنها به طور فعال یون های هیدروکسید را از رسوب خارج می کنند، در نتیجه تعادل را به سمت شکل محلول تغییر می دهند و حلالیت رسوب را افزایش می دهند.
همچنین لازم به ذکر است که کل دستگاه گوارش انسان دارای محیط اسیدی است: PH شیره معده از 1 تا 2 متغیر است. انحراف از این مقادیر به بالا یا پایین می تواند نشانه بیماری های مختلف باشد.
خواص محیط قلیایی
Bدر یک محیط قلیایی، مقدار pH مقادیر بیشتر از 7 را به خود می گیرد. برای راحتی، در محیط هایی با غلظت بالای یون های هیدروکسید، نشانگر pH اسیدیته با نشانگر pH بازی بودن pOH جایگزین می شود. به راحتی می توان حدس زد که مقداری برابر با -lg[OH-] (لگاریتم اعشاری منفی غلظت یون های هیدروکسید) را نشان می دهد. به طور مستقیم از محصول یونی آب برابری pH + pOH=14 را دنبال می کند. بنابراین pOH=14 - pH. بنابراین، برای تمام عباراتی که برای شاخص pH صادق هستند، گزاره های مخالف برای شاخص پایه pOH صادق است. اگر PH یک محیط قلیایی بنا به تعریف بزرگ باشد، pOH آن بدیهی است کوچک است، و هر چه محلول قلیایی قوی تر باشد، مقدار pOH کمتر است.
این جمله به تازگی یک پارادوکس منطقی را معرفی کرده است که بسیاری از بحث ها را در مورد اسیدیته گیج می کند: اسیدیته پایین نشان دهنده اسیدیته بالا است و بالعکس: مقادیر pH بالا مربوط به اسیدیته پایین است. این پارادوکس به این دلیل ظاهر می شود که لگاریتم با علامت منفی گرفته می شود، و مقیاس اسیدیته، همانطور که بود، معکوس است.
تعریف عملی اسیدیته
برای تعیین اسیدیته محیط از شاخص های به اصطلاح استفاده می شود. معمولاً اینها مولکولهای آلی نسبتاً پیچیده ای هستند که بسته به pH محیط رنگ خود را تغییر می دهند. نشانگر در محدوده PH بسیار باریک تغییر رنگ می دهد: این در تیتراسیون اسید-باز برای دستیابی به نتایج دقیق استفاده می شود: به محض تغییر رنگ نشانگر، تیتراسیون متوقف می شود.
مشهورترین اندیکاتورها متیل هستندنارنجی (فاصله انتقال در منطقه با pH پایین)، فنل فتالئین (فاصله انتقال در منطقه با pH بالا)، تورنسل، تیمول آبی و غیره. در محیط های اسیدی و محیط های قلیایی، بسته به ناحیه ای که فاصله انتقال آنها در آن قرار دارد، از شاخص های مختلفی استفاده می شود.
همچنین شاخص های جهانی وجود دارد - آنها هنگام حرکت از محیط های بسیار اسیدی به محیط های بسیار قلیایی رنگ خود را به تدریج از قرمز به بنفش تیره تغییر می دهند. در واقع، شاخص‌های جهانی ترکیبی از شاخص‌های رایج هستند.
برای تعیین دقیق تر اسیدیته، از دستگاهی استفاده می شود - pH متر (پتانسیومتر، روش، به ترتیب، پتانسیومتری نامیده می شود). اصل عملکرد آن بر اساس اندازه گیری EMF در یک مدار است که عنصر آن محلولی با pH اندازه گیری شده است. پتانسیل یک الکترود غوطه ور در محلول به غلظت یون های هیدروژن در محلول حساس است - از این رو تغییر در EMF که بر اساس آن pH واقعی محاسبه می شود.
اسیدیته محیط های مختلف در زندگی روزمره
شاخص اسیدیته در زندگی روزمره اهمیت زیادی دارد. به عنوان مثال، اسیدهای ضعیف - استیک، مالیک - به عنوان نگهدارنده استفاده می شود. محلول های قلیایی مواد شوینده از جمله صابون هستند. ساده ترین صابون نمک های سدیم اسیدهای چرب است. در آب، آنها تفکیک می کنند: باقی مانده اسید چرب - بسیار طولانی - از یک طرف دارای بار منفی است، و از طرف دیگر - یک زنجیره طولانی غیر قطبی از اتم های کربن. کهانتهای مولکول که در آن بار در هیدراتاسیون شرکت می کند، مولکول های آب را در اطراف خود جمع می کند. انتهای دیگر به چیزهای غیر قطبی دیگر مانند مولکول های چربی متصل می شود. در نتیجه، میسل ها تشکیل می شوند - توپ هایی که در آنها "دم" هایی با بار منفی بیرون می آیند و "دم" و ذرات چربی و خاک در داخل آن پنهان می شوند. سطح از چربی و کثیفی شسته می شود زیرا مواد شوینده تمام چربی ها و کثیفی ها را به چنین میسل هایی می چسباند.
اسیدیته و سلامت
قبلاً گفته شد که pH برای بدن انسان از اهمیت بالایی برخوردار است. علاوه بر دستگاه گوارش، کنترل شاخص اسیدیته در سایر قسمت های بدن نیز مهم است: خون، بزاق، پوست - محیط های اسیدی و قلیایی برای بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی از اهمیت بالایی برخوردار هستند. تعریف آنها به شما امکان می دهد وضعیت بدن را ارزیابی کنید.
اکنون تست‌های pH در حال محبوبیت هستند - به اصطلاح آزمایش‌های اکسپرس برای بررسی اسیدیته. آنها نوارهای منظمی از کاغذ نشانگر جهانی هستند.
