Қышқылдар мен сілтілер бір шкаланың екі шеткі позициясы: олардың қасиеттері (толығымен қарама-қарсы) бірдей мәнмен - сутегі иондарының концентрациясымен анықталады (H+). Дегенмен, бұл сан өз алдына өте ыңғайсыз: сутегі иондарының концентрациясы жоғары болатын қышқыл ортада да бұл сан бірліктің жүзден, мыңнан бір бөлігін құрайды. Сондықтан ыңғайлы болу үшін олар осы мәннің минус бірге көбейтілген ондық логарифмін пайдаланады. Бұл рН (potentia Hydrogen) немесе сутегі индикаторы деп айту әдеттегідей.
Ұғымның пайда болуы
Жалпы, қышқылдық орта мен сілтілі орта сутегі иондарының H + концентрациясымен анықталатыны және олардың концентрациясы неғұрлым жоғары болса, ерітіндінің қышқылдығы соғұрлым жоғары болады (және керісінше, H + төмен болады). концентрациясы, қоршаған орта неғұрлым сілтілі және қарама-қарсы ОН иондарының концентрациясы жоғары болса -), ғылымға ұзақ уақыт бойы белгілі. Алайда, дат химигі Соренсен алғаш рет 1909 жылы ғана зерттеуді жариялады, онда ол сутегі индексі - PH түсінігін қолданды, кейінірек рН ауыстырылды.
Қышқылдықты есептеу
рН индексін есептеу кезінде ерітіндідегі су молекулалары өте аз мөлшерде болса да иондарға диссоциацияланады деп есептеледі. Бұл реакция судың автопротолизі деп аталады:
H2O H+ + OH-
Реакция қайтымды, сондықтан ол үшін тепе-теңдік константасы анықталады (әрбір компоненттің орташа концентрациясын көрсетеді). Мұнда стандартты жағдайлар үшін тұрақты мән берілген - температура 22 °C.
Төменде төртбұрышты жақшада - көрсетілген компоненттердің молярлық концентрациясы. Судағы судың молярлық концентрациясы шамамен 55 моль/литр, бұл екінші ретті мән. Демек, H+ және OH- иондарының концентрацияларының туындысы шамамен 10-14 құрайды. Бұл мән судың иондық өнімі деп аталады.
Таза суда сутегі иондары мен гидроксид иондарының концентрациясы 10-7. Сәйкесінше, судың рН мәні шамамен 7 болады. Бұл рН мәні бейтарап орта ретінде қабылданады.
Содан кейін судан алыстап, қышқыл немесе сілтінің ерітіндісін қарастыру керек. Мысалы, сірке қышқылын алайық. Судың иондық өнімі өзгеріссіз қалады, бірақ H+ және OH- иондары арасындағы тепе-теңдік біріншісіне қарай ығысады: сутегі иондары жартылай диссоциацияланған сірке қышқылынан келеді, ал «артық» гидроксид иондары диссоциацияланбаған су молекулаларына түседі. Осылайша, сутегі иондарының концентрациясы жоғары болады және рН төмен болады (қажет емес).логарифм минус белгісімен алынғанын ұмытыңыз). Тиісінше, қышқылдық және сілтілік рН-ға қатысты. Және олар келесі жолмен қосылады. рН мәні неғұрлым төмен болса, орта соғұрлым қышқыл болады.
Қышқылдық қасиеттері
Қышқылдық орталар рН 7-ден төмен ерітінділер. Айта кету керек, судың иондық өнімінің мәні бір қарағанда рН мәндерін 1-ден 14-ке дейінгі диапазонда шектейді, шын мәнінде, рН бірден төмен (тіпті нөлден аз) және 14-тен жоғары ерітінділер бар. Мысалы, күшті қышқылдардың (күкірт, тұзды) концентрлі ерітінділерінде рН -2 жетуі мүмкін.
Кейбір заттардың ерігіштігі бізде қышқыл немесе сілтілі орта бар-жоғына байланысты болуы мүмкін. Мысалы, металл гидроксидтерін алайық. Ерігіштік құрылымы бойынша судың иондық өнімімен бірдей ерігіштік өнімінің мәнімен анықталады: көбейтілген концентрациялар. Гидроксид жағдайында ерігіштік өніміне металл ионының концентрациясы мен гидроксид иондарының концентрациясы кіреді. Сутегі иондары артық болған жағдайда (қышқылдық ортада) олар гидроксид иондарын тұнбадан белсендірек «шығарып», сол арқылы тепе-теңдікті еріген түрге ауыстырып, тұнбаның ерігіштігін арттырады.
Адамның бүкіл ас қорыту жолында қышқыл орта бар екенін айта кеткен жөн: асқазан сөлінің рН мәні 1-ден 2-ге дейін ауытқиды. Бұл мәндерден жоғары немесе төмен ауытқу әртүрлі аурулардың белгісі болуы мүмкін.
Сілтілік ортаның қасиеттері
Бсілтілі ортада рН мәні 7-ден жоғары мәндерді қабылдайды. Ыңғайлы болу үшін гидроксид иондарының жоғары концентрациясы бар орталарда қышқылдықтың рН көрсеткіші pOH негізділігінің рН көрсеткішімен ауыстырылады. Ол -lg[OH-] (гидроксид иондарының концентрациясының теріс ондық логарифмі) мәніне тең мәнді білдіретінін болжау оңай. Судың иондық өнімінен тікелей pH + pOH=14 теңдігі шығады. Сондықтан pOH=14 - рН. Осылайша, рН индексі үшін дұрыс болатын барлық мәлімдемелер үшін, pOH негіздік индексі үшін қарама-қарсы мәлімдемелер дұрыс. Егер сілтілі ортаның рН анықтамасы бойынша үлкен болса, онда оның pOH аз екені анық, ал сілті ерітіндісі неғұрлым күшті болса, pOH мәні соғұрлым төмен болады.
Бұл сөйлем қышқылдық туралы көптеген талқылауларды шатастыратын логикалық парадоксты енгізді: төмен қышқылдық жоғары қышқылдықты көрсетеді және керісінше: жоғары рН мәндері төмен қышқылдыққа сәйкес келеді. Бұл парадокс пайда болады, себебі логарифм минус таңбасымен алынады, ал қышқылдық шкаласы төңкерілген сияқты.
Қышқылдықтың практикалық анықтамасы
Индикаторлар деп аталатындар ортаның қышқылдығын анықтау үшін қолданылады. Әдетте бұл ортаның рН мәніне байланысты түсін өзгертетін өте күрделі органикалық молекулалар. Индикатор түсін өте тар рН диапазонында өзгертеді: бұл дәл нәтижелерге қол жеткізу үшін қышқылдық-негіздік титрлеуде қолданылады: индикатор түсін өзгерткен кезде титрлеу тоқтатылады.
Ең танымал индикаторлар – метилқызғылт сары (рН төмен аймақта өту аралығы), фенолфталеин (рН жоғары аймақта өту аралығы), лакмус, тимол көк және т.б. Қышқыл ортада және сілтілі ортада олардың өту аралығы орналасқан аймаққа байланысты әртүрлі индикаторлар қолданылады.
Сондай-ақ әмбебап индикаторлар бар - олар қатты қышқыл ортадан қатты сілтілі ортаға ауысқанда түсін қызылдан қою күлгінге дейін біртіндеп өзгертеді. Шындығында, әмбебап көрсеткіштер жалпы көрсеткіштердің қоспасы болып табылады.
Қышқылдықты дәлірек анықтау үшін құрылғы – рН-метр (потенциометр, тиісінше әдіс потенциометрия деп аталады) пайдаланылады. Оның жұмыс принципі рН өлшенген ерітінді элементі болып табылатын тізбектегі ЭҚК өлшеуге негізделген. Ерітіндіге батырылған электродтың потенциалы ерітіндідегі сутегі иондарының концентрациясына сезімтал - демек ЭҚК-нің өзгеруі, соның негізінде нақты рН есептеледі.
Күнделікті өмірдегі әртүрлі ортаның қышқылдығы
Қышқылдық көрсеткіші күнделікті өмірде үлкен маңызға ие. Мысалы, әлсіз қышқылдар – сірке, алма – консерванттар ретінде қолданылады. Сілтілі ерітінділер – жуғыш заттар, соның ішінде сабын. Ең қарапайым сабын – май қышқылдарының натрий тұздары. Суда олар диссоциацияланады: май қышқылының қалдығы – өте ұзын – бір жағынан теріс зарядты, ал екінші жағынан – көміртегі атомдарының ұзын полярсыз тізбегі бар. Бұлмолекуланың соңы, онда заряд гидратацияға қатысады, оның айналасында су молекулаларын жинайды. Екінші ұшы май молекулалары сияқты басқа полярлы емес заттарға бекітіледі. Нәтижесінде мицеллалар пайда болады - олардың ішінде теріс заряды бар «құйрықтар» шығып тұрады, ал «құйрықтар» және май мен кірдің бөлшектері жасырылады. Жуғыш зат барлық май мен кірді осындай мицеллаларға байланыстыратындықтан, беті май мен кірден жуылады.
Қышқылдық және денсаулық
РН-ның адам ағзасы үшін маңызы зор екені жоғарыда айтылған. Асқорыту жолынан басқа, дененің басқа бөліктеріндегі қышқылдық индексін бақылау маңызды: қан, сілекей, тері - қышқыл және сілтілі орталар көптеген биологиялық процестер үшін үлкен маңызға ие. Олардың анықтамасы дененің күйін бағалауға мүмкіндік береді.
Қазір pH сынақтары танымал болуда - қышқылдықты тексеруге арналған экспресс-тесттер деп аталады. Олар әмбебап индикатор қағазының кәдімгі жолақтары.
