Zuren en alkaliën zijn twee extreme posities van dezelfde schaal: hun eigenschappen (volledig tegengesteld) worden bepaald door dezelfde waarde - de concentratie van waterstofionen (H+). Op zich is dit aantal echter erg onhandig: zelfs in zure omgevingen, waar de concentratie van waterstofionen hoger is, is dit aantal honderdsten, duizendsten van een eenheid. Daarom gebruiken ze voor het gemak de decimale logaritme van deze waarde, vermenigvuldigd met min één. Het is gebruikelijk om te zeggen dat dit pH (potentia Hydrogen) of een waterstofindicator is.
De opkomst van het concept
In het algemeen geldt dat het feit dat een zure omgeving en een alkalische omgeving worden bepaald door de concentratie van waterstofionen H + en dat hoe hoger hun concentratie, hoe zuurder de oplossing (en vice versa, hoe lager de H + concentratie, hoe alkalischer de omgeving en hoe hoger de concentratie van tegengestelde OH-ionen -), is al lang bekend bij de wetenschap. Het duurde echter tot 1909 voordat de Deense chemicus Sørensen voor het eerst een onderzoek publiceerde waarin hij het concept van een waterstofindex gebruikte - PH, later vervangen door pH.
Berekening van zuurgraad
Bij het berekenen van de pH-index wordt aangenomen dat watermoleculen in oplossing, zij het in zeer kleine hoeveelheden, toch dissociëren in ionen. Deze reactie wordt autoprotolyse van water genoemd:
H2O H+ + OH-
De reactie is omkeerbaar, dus er is een evenwichtsconstante voor gedefinieerd (die de gemiddelde concentraties van elke component weergeeft). Hier is de waarde van de constante voor standaardomstandigheden - temperatuur 22 °C.
Hieronder tussen vierkante haken - molaire concentraties van de aangegeven componenten. De molaire concentratie van water in water is ongeveer 55 mol/liter, wat een tweede orde waarde is. Daarom is het product van de concentraties van H+ en OH- ionen ongeveer 10-14. Deze waarde wordt het ionische product van water genoemd.
In zuiver water zijn de concentraties van waterstofionen en hydroxide-ionen 10-7. Dienovereenkomstig zal de pH-waarde van water ongeveer 7 zijn. Deze pH-waarde wordt beschouwd als een neutrale omgeving.
Vervolgens moet je wegkijken van het water en een oplossing van een zuur of alkali overwegen. Neem bijvoorbeeld azijnzuur. Het ionische product van water blijft hetzelfde, maar de balans tussen de ionen H+ en OH- zal naar het eerste verschuiven: waterstofionen zullen komen van gedeeltelijk gedissocieerd azijnzuur en "extra" hydroxide-ionen gaan in niet-gedissocieerde watermoleculen. Zo zal de concentratie van waterstofionen hoger zijn en de pH lager (niet nodig)vergeet dat de logaritme met een minteken wordt genomen). Dienovereenkomstig zijn zuur en alkalisch gerelateerd aan de pH. En ze zijn op de volgende manier verbonden. Hoe lager de pH-waarde, hoe zuurder de omgeving.
Zure eigenschappen
Zure omgevingen zijn oplossingen met een pH van minder dan 7. Opgemerkt moet worden dat hoewel de waarde van het ionische product van water op het eerste gezicht de pH-waarden beperkt binnen het bereik van 1 tot 14, in feite bestaan er oplossingen met een pH lager dan één (en zelfs lager dan nul) en hoger dan 14. In geconcentreerde oplossingen van sterke zuren (zwavelzuur, zoutzuur) kan de pH bijvoorbeeld -2.
bereiken
De oplosbaarheid van bepaalde stoffen kan afhangen van het feit of we een zuur milieu of een alkalisch milieu hebben. Neem bijvoorbeeld metaalhydroxiden. De oplosbaarheid wordt bepaald door de waarde van het oplosbaarheidsproduct, dat qua structuur hetzelfde is als het ionenproduct van water: vermenigvuldigde concentraties. In het geval van hydroxide omvat het oplosbaarheidsproduct de concentratie van het metaalion en de concentratie van hydroxide-ionen. In het geval van een overmaat aan waterstofionen (in een zure omgeving), zullen ze actiever hydroxide-ionen uit het neerslag "trekken", waardoor het evenwicht naar de opgeloste vorm verschuift, waardoor de oplosbaarheid van het neerslag toeneemt.
Het is ook vermeldenswaard dat het hele menselijke spijsverteringskanaal een zure omgeving heeft: de pH van maagsap varieert van 1 tot 2. Afwijking van deze waarden naar boven of naar beneden kan een teken zijn van verschillende ziekten.
Eigenschappen van alkalisch medium
Bin een alkalische omgeving neemt de pH-waarde waarden aan die groter zijn dan 7. Voor het gemak wordt in omgevingen met een hoge concentratie aan hydroxide-ionen de pH-indicator van zuurgraad vervangen door de pH-indicator van basiciteit pOH. Het is gemakkelijk te raden dat het een waarde aangeeft die gelijk is aan -lg[OH-] (negatieve decimale logaritme van de concentratie van hydroxide-ionen). Direct uit het ionische product van water volgt de gelijkheid pH + pOH=14. Daarom pOH=14 - pH. Dus voor alle uitspraken die waar zijn voor de pH-index, gelden de tegenovergestelde uitspraken voor de pOH-basiciteitsindex. Als de pH van een alkalisch medium per definitie hoog is, dan is de pOH duidelijk klein, en hoe sterker de alkalische oplossing, hoe lager de pOH-waarde.
Deze zin heeft zojuist een logische paradox geïntroduceerd die veel discussies over zuurgraad verwart: een lage zuurgraad duidt op een hoge zuurgraad en omgekeerd: hoge pH-waarden komen overeen met een lage zuurgraad. Deze paradox ontstaat doordat de logaritme met een minteken wordt genomen en de zuurgraad als het ware omgekeerd wordt.
Praktische definitie van zuurgraad
Zogenaamde indicatoren worden gebruikt om de zuurgraad van het medium te bepalen. Meestal zijn dit vrij complexe organische moleculen die van kleur veranderen afhankelijk van de pH van het medium. De indicator verandert van kleur over een zeer smal pH-bereik: dit wordt gebruikt bij zuur-base titraties om nauwkeurige resultaten te verkrijgen: de titratie wordt gestopt zodra de indicator van kleur verandert.
De meest bekende indicatoren zijn methyloranje (overgangsinterval in het gebied met een lage pH), fenolftaleïne (overgangsinterval in het gebied met een hoge pH), lakmoes, thymolblauw en andere. In zure omgevingen en alkalische omgevingen worden verschillende indicatoren gebruikt, afhankelijk van het gebied waarin hun overgangsinterval ligt.
Er zijn ook universele indicatoren - ze veranderen hun kleur geleidelijk van rood naar diep paars wanneer ze van sterk zure naar sterk alkalische omgevingen gaan. Universele indicatoren zijn in feite een mengsel van veelvoorkomende indicatoren.
Voor een nauwkeurigere bepaling van de zuurgraad wordt een apparaat gebruikt - een pH-meter (potentiometer, de methode wordt respectievelijk potentiometrie genoemd). Het werkingsprincipe is gebaseerd op de meting van EMV in een circuit, waarvan het element een oplossing is met een gemeten pH. De potentiaal van een elektrode die in een oplossing is ondergedompeld, is gevoelig voor de concentratie van waterstofionen in de oplossing - vandaar de verandering in EMV, op basis waarvan de werkelijke pH wordt berekend.
Zuurgraad van verschillende omgevingen in het dagelijks leven
De zuurgraadindex is van groot belang in het dagelijks leven. Als conserveermiddel worden bijvoorbeeld zwakke zuren - azijnzuur, appelzuur - gebruikt. Alkalische oplossingen zijn detergentia, waaronder zeep. De eenvoudigste zeep zijn natriumzouten van vetzuren. In water dissociëren ze: het vetzuurresidu - erg lang - heeft aan de ene kant een negatieve lading, en aan de andere kant - een lange niet-polaire keten van koolstofatomen. Dathet uiteinde van het molecuul, waarop de lading deelneemt aan hydratatie, verzamelt watermoleculen eromheen. Het andere uiteinde hecht zich aan andere niet-polaire dingen, zoals vetmoleculen. Als gevolg hiervan worden micellen gevormd - ballen, waarin "staarten" met een negatieve lading uitsteken, en "staarten" en deeltjes vet en vuil zijn erin verborgen. Het oppervlak wordt van vet en vuil gewassen doordat het reinigingsmiddel alle vet en vuil in dergelijke micellen bindt.
Zuurgraad en gezondheid
Er is al gezegd dat pH van groot belang is voor het menselijk lichaam. Naast het spijsverteringskanaal is het belangrijk om de zuurgraadindex in andere delen van het lichaam te controleren: bloed, speeksel, huid - zure en alkalische omgevingen zijn van groot belang voor veel biologische processen. Hun definitie stelt je in staat om de toestand van het lichaam te beoordelen.
Nu winnen pH-tests aan populariteit - de zogenaamde exprestests voor het controleren van de zuurgraad. Het zijn gewone stroken universeel indicatorpapier.
