Kisline in alkalije sta dva skrajna položaja iste lestvice: njihove lastnosti (popolnoma nasprotne) določa ista vrednost - koncentracija vodikovih ionov (H+). Vendar je to število samo po sebi zelo neprijetno: tudi v kislih okoljih, kjer je koncentracija vodikovih ionov višja, je to število stotinke, tisočinke enote. Zato zaradi udobja uporabljajo decimalni logaritem te vrednosti, pomnožen z minus ena. Običajno je reči, da je to pH (potentia Hydrogen) ali indikator vodika.
Pojav koncepta
Na splošno dejstvo, da kislo okolje in alkalno okolje določa koncentracija vodikovih ionov H + in da višja kot je njihova koncentracija, bolj kisla je raztopina (in obratno, nižji je H + koncentracijo, bolj alkalno je okolje in višja je koncentracija nasprotnih ionov OH -), je znanosti znana že dolgo. Vendar je šele leta 1909 danski kemik Sørensen prvič objavil raziskavo, v kateri je uporabil koncept vodikovega indeksa – PH, ki ga je kasneje nadomestil pH.
Izračun kislosti
Pri izračunu pH indeksa se domneva, da se molekule vode v raztopini, čeprav v zelo majhnih količinah, še vedno disociirajo v ione. Ta reakcija se imenuje avtoprotoliza vode:
H2O H+ + OH-
Reakcija je reverzibilna, zato je zanjo definirana ravnotežna konstanta (ki prikazuje povprečne koncentracije vsake komponente). Tukaj je vrednost konstante za standardne pogoje - temperatura 22 °C.
Spodaj v oglatih oklepajih - molske koncentracije navedenih komponent. Molarna koncentracija vode v vodi je približno 55 mol/liter, kar je vrednost drugega reda. Zato je produkt koncentracij ionov H+ in OH- približno 10-14. Ta vrednost se imenuje ionski produkt vode.
V čisti vodi so koncentracije vodikovih ionov in hidroksidnih ionov 10-7. V skladu s tem bo pH vrednost vode približno 7. Ta pH vrednost se vzame kot nevtralno okolje.
Naprej morate pogledati stran od vode in razmisliti o raztopini kakšne kisline ali alkalije. Vzemite na primer ocetno kislino. Ionski produkt vode bo ostal enak, vendar se bo ravnotežje med ioni H+ in OH- premaknilo proti prvemu: vodikovi ioni bodo prihajajo iz delno disociirane ocetne kisline, "dodatni" hidroksidni ioni pa bodo šli v nedisociirane molekule vode. Tako bo koncentracija vodikovih ionov višja in pH nižji (ni potrebnopozabite, da je logaritem vzet z znakom minus). V skladu s tem sta kisla in alkalna povezana s pH. In so povezani na naslednji način. Nižja kot je pH vrednost, bolj kislo je okolje.
kislinske lastnosti
Kisla okolja so raztopine s pH manj kot 7. Upoštevati je treba, da čeprav vrednost ionskega produkta vode na prvi pogled omejuje pH vrednosti v območju od 1 do 14, dejansko obstajajo raztopine s pH, manjšim od ena (in celo manjšim od nič) in večjim od 14. Na primer, v koncentriranih raztopinah močnih kislin (žveplove, klorovodikove) lahko pH doseže -2.
Topnost nekaterih snovi je lahko odvisna od tega, ali imamo kislo ali alkalno okolje. Na primer, vzemite kovinske hidrokside. Topnost je določena z vrednostjo produkta topnosti, ki je po strukturi enak ionskemu produktu vode: pomnožene koncentracije. V primeru hidroksida produkt topnosti vključuje koncentracijo kovinskega iona in koncentracijo hidroksidnih ionov. V primeru presežka vodikovih ionov (v kislem okolju) bodo bolj aktivno "izvlekli" hidroksidne ione iz oborine in s tem premaknili ravnotežje proti raztopljeni obliki, kar bo povečalo topnost oborine.
Omeniti velja tudi, da ima celoten človeški prebavni trakt kislo okolje: pH želodčnega soka se giblje od 1 do 2. Odstopanje od teh vrednosti navzgor ali navzdol je lahko znak različnih bolezni.
Lastnosti alkalnega medija
Bv alkalnem okolju pH vrednost prevzame vrednosti, večje od 7. Zaradi udobja se v okoljih z visoko koncentracijo hidroksidnih ionov pH indikator kislosti nadomesti s pH indikatorjem bazičnosti pOH. Preprosto je uganiti, da označuje vrednost, ki je enaka -lg[OH-] (negativni decimalni logaritem koncentracije hidroksidnih ionov). Neposredno iz ionskega produkta vode sledi enakost pH + pOH=14. Zato je pOH=14 - pH. Tako za vse trditve, ki veljajo za indeks pH, veljajo nasprotne trditve za indeks bazičnosti pOH. Če je pH alkalnega medija po definiciji velik, potem je njegov pOH očitno majhen in močnejša kot je alkalna raztopina, nižja je vrednost pOH.
Ta stavek je pravkar predstavil logičen paradoks, ki zmede številne razprave o kislosti: nizka kislost kaže na visoko kislost in obratno: visoke vrednosti pH ustrezajo nizki kislosti. Ta paradoks se pojavi, ker je logaritem vzet z znakom minus, lestvica kislosti pa je tako rekoč obrnjena.
Praktična definicija kislosti
Za določanje kislosti medija se uporabljajo tako imenovani indikatorji. Običajno so to precej zapletene organske molekule, ki spreminjajo svojo barvo glede na pH medija. Indikator spremeni barvo v zelo ozkem območju pH: to se uporablja pri kislinsko-bazičnih titracijah za doseganje natančnih rezultatov: titracija se ustavi, takoj ko indikator spremeni barvo.
Najbolj znani kazalniki so metiloranžna (prehodni interval v območju z nizkim pH), fenoftalein (prehodni interval v območju z visokim pH), lakmus, timol modra in drugi. V kislem in alkalnem okolju se uporabljajo različni indikatorji glede na območje, v katerem leži njihov prehodni interval.
Obstajajo tudi univerzalni indikatorji - svojo barvo postopoma spreminjajo iz rdeče v temno vijolično, ko prehajajo iz močno kislega v močno alkalno okolje. Pravzaprav so univerzalni kazalniki mešanica običajnih.
Za natančnejše določanje kislosti se uporablja naprava - pH meter (potenciometer, metoda se imenuje potenciometrija). Njegov princip delovanja temelji na merjenju EMF v vezju, katerega element je raztopina z izmerjenim pH. Potencial elektrode, potopljene v raztopino, je občutljiv na koncentracijo vodikovih ionov v raztopini – od tod sprememba EMF, na podlagi katere se izračuna dejanski pH.
Zakisanost različnih okolij v vsakdanjem življenju
Indeks kislosti je zelo pomemben v vsakdanjem življenju. Na primer, šibke kisline - ocetna, jabolčna - se uporabljajo kot konzervansi. Alkalne raztopine so detergenti, vključno z milom. Najpreprostejše milo so natrijeve soli maščobnih kislin. V vodi se disociirajo: ostanek maščobne kisline – zelo dolg – ima na eni strani negativen naboj, na drugi strani pa dolgo nepolarno verigo ogljikovih atomov. Tokonec molekule, na katerem naboj sodeluje pri hidrataciji, zbira okoli sebe molekule vode. Drugi konec se veže na druge nepolarne stvari, kot so maščobne molekule. Posledično nastanejo micele - kroglice, v katerih štrlijo "repi" z negativnim nabojem, v notranjosti pa so skriti "repi" in delci maščobe in umazanije. Površina je oprana od maščobe in umazanije, saj detergent v takšne micele veže vso maščobo in umazanijo.
Kislost in zdravje
Omenjeno je bilo že, da je pH za človeško telo zelo pomemben. Poleg prebavnega trakta je pomembno nadzorovati indeks kislosti v drugih delih telesa: krvi, sline, kože – kislo in alkalno okolje sta velikega pomena za številne biološke procese. Njihova definicija vam omogoča, da ocenite stanje telesa.
Zdaj postajajo vse bolj priljubljeni pH testi - tako imenovani ekspresni testi za preverjanje kislosti. So navadni trakovi univerzalnega indikatorskega papirja.
