Acidi e alcali sono due posizioni estreme della stessa scala: le loro proprietà (completamente opposte) sono determinate dallo stesso valore: la concentrazione di ioni idrogeno (H+). Tuttavia, di per sé questo numero è molto scomodo: anche in ambienti acidi, dove la concentrazione di ioni idrogeno è maggiore, questo numero è di centesimi, millesimi di unità. Pertanto, per comodità, usano il logaritmo decimale di questo valore, moltiplicato per meno uno. È consuetudine dire che questo è pH (potentia Hydrogen), o un indicatore di idrogeno.
L'emergere del concetto
In generale, il fatto che un ambiente acido e un ambiente alcalino sono determinati dalla concentrazione di ioni idrogeno H+ e che maggiore è la loro concentrazione, più acida è la soluzione (e viceversa, minore è H+ concentrazione, più l'ambiente è alcalino e maggiore è la concentrazione di ioni OH opposti -), è noto alla scienza da molto tempo. Tuttavia, fu solo nel 1909 che il chimico danese Sørensen pubblicò per la prima volta una ricerca in cui utilizzò il concetto di indice di idrogeno - PH, successivamente sostituito da pH.
Calcolo dell'acidità
Quando si calcola l'indice di pH, si presume che le molecole d'acqua in soluzione, anche se in quantità molto piccole, si dissocino ancora in ioni. Questa reazione è chiamata autoprotolisi dell'acqua:
H2O H+ + OH-
La reazione è reversibile, quindi viene definita una costante di equilibrio (che mostra le concentrazioni medie di ciascun componente). Ecco il valore della costante per condizioni standard - temperatura 22 °C.
Sotto tra parentesi quadre - concentrazioni molari dei componenti indicati. La concentrazione molare dell'acqua nell'acqua è di circa 55 mol/litro, che è un valore del secondo ordine. Pertanto, il prodotto delle concentrazioni di ioni H+ e OH- è di circa 10-14. Questo valore è chiamato prodotto ionico dell'acqua.
In acqua pura, le concentrazioni di ioni idrogeno e ioni idrossido sono 10-7. Di conseguenza, il valore del pH dell'acqua sarà di circa 7. Questo valore del pH è considerato un ambiente neutro.
Successivamente, devi distogliere lo sguardo dall'acqua e considerare una soluzione di acido o alcali. Prendi, ad esempio, l'acido acetico. Il prodotto ionico dell'acqua rimarrà lo stesso, ma l'equilibrio tra gli ioni H+ e OH- si sposterà verso il primo: gli ioni idrogeno provengono da acido acetico parzialmente dissociato e gli ioni idrossido "extra" andranno in molecole d'acqua non dissociate. Pertanto, la concentrazione di ioni idrogeno sarà più alta e il pH sarà più basso (non è necessariodimentica che il logaritmo è preso con un segno meno). Di conseguenza, acido e alcalino sono correlati al pH. E sono collegati nel modo seguente. Più basso è il valore del pH, più acido è l'ambiente.
Proprietà acide
Gli ambienti acidi sono soluzioni con un pH inferiore a 7. Va notato che sebbene il valore del prodotto ionico dell'acqua a prima vista limiti i valori di pH nell'intervallo da 1 a 14, esistono infatti soluzioni con pH minore di uno (e anche minore di zero) e maggiore di 14. Ad esempio, in soluzioni concentrate di acidi forti (solforico, cloridrico) il pH può raggiungere -2.
La solubilità di alcune sostanze può dipendere dal fatto che abbiamo un ambiente acido o alcalino. Ad esempio, prendi gli idrossidi di metallo. La solubilità è determinata dal valore del prodotto di solubilità, che ha la stessa struttura del prodotto ionico dell'acqua: concentrazioni moltiplicate. Nel caso dell'idrossido, il prodotto di solubilità include la concentrazione dello ione metallico e la concentrazione degli ioni idrossido. Nel caso di un eccesso di ioni idrogeno (in un ambiente acido), questi "estraggono" più attivamente gli ioni idrossido dal precipitato, spostando così l'equilibrio verso la forma disciolta, aumentando la solubilità del precipitato.
Vale anche la pena ricordare che l'intero tratto digerente umano ha un ambiente acido: il pH del succo gastrico varia da 1 a 2. La deviazione da questi valori verso l' alto o verso il basso può essere segno di varie malattie.
Proprietà del mezzo alcalino
Bin ambiente alcalino il valore del pH assume valori maggiori di 7. Per comodità, in ambienti con un'elevata concentrazione di ioni idrossido, l'indicatore di pH di acidità è sostituito dall'indicatore di pH di basicità pOH. È facile intuire che denota un valore pari a -lg[OH-] (logaritmo decimale negativo della concentrazione di ioni idrossido). Direttamente dal prodotto ionico dell'acqua segue l'uguaglianza pH + pOH=14. Pertanto pOH=14 - pH. Pertanto, per tutte le affermazioni che sono vere per l'indice di pH, le affermazioni opposte sono vere per l'indice di basicità di pOH. Se il pH di un mezzo alcalino è grande per definizione, allora il suo pOH è ovviamente piccolo e più forte è la soluzione alcalina, minore è il valore di pOH.
Questa frase ha appena introdotto un paradosso logico che confonde molte discussioni sull'acidità: bassa acidità indica alta acidità, e viceversa: alti valori di pH corrispondono a bassa acidità. Questo paradosso appare perché il logaritmo è preso con un segno meno e la scala dell'acidità è, per così dire, invertita.
Definizione pratica di acidità
I cosiddetti indicatori sono usati per determinare l'acidità del mezzo. Solitamente si tratta di molecole organiche piuttosto complesse che cambiano colore a seconda del pH del mezzo. L'indicatore cambia colore in un intervallo di pH molto ristretto: viene utilizzato nelle titolazioni acido-base per ottenere risultati accurati: la titolazione viene interrotta non appena l'indicatore cambia colore.
Gli indicatori più famosi sono il metilearancione (intervallo di transizione nella regione con pH basso), fenolftaleina (intervallo di transizione nella regione con pH elevato), tornasole, blu di timolo e altri. In ambienti acidi e alcalini, vengono utilizzati indicatori diversi a seconda dell'area in cui si trova il loro intervallo di transizione.
Ci sono anche indicatori universali: cambiano gradualmente il loro colore dal rosso al viola intenso quando si passa da ambienti fortemente acidi a fortemente alcalini. In effetti, gli indicatori universali sono una miscela di quelli comuni.
Per una determinazione più accurata dell'acidità, viene utilizzato un dispositivo: un pHmetro (potenziometro, il metodo, rispettivamente, è chiamato potenziometria). Il suo principio di funzionamento si basa sulla misurazione dell'EMF in un circuito il cui elemento è una soluzione con un pH misurato. Il potenziale di un elettrodo immerso in una soluzione è sensibile alla concentrazione di ioni idrogeno nella soluzione - da qui la variazione di EMF, in base alla quale viene calcolato il pH reale.
Acidità dei vari ambienti nella vita di tutti i giorni
L'indice di acidità è di grande importanza nella vita di tutti i giorni. Ad esempio, gli acidi deboli - acetico, malico - sono usati come conservanti. Le soluzioni alcaline sono detergenti, compreso il sapone. Il sapone più semplice sono i sali di sodio degli acidi grassi. In acqua si dissociano: il residuo di acido grasso - molto lungo - da un lato ha una carica negativa, e dall' altro - una lunga catena non polare di atomi di carbonio. Quellal'estremità della molecola, alla quale la carica partecipa all'idratazione, raccoglie attorno ad essa molecole d'acqua. L' altra estremità si attacca ad altre cose non polari, come le molecole di grasso. Di conseguenza, si formano micelle: palline, in cui sporgono "code" con una carica negativa e all'interno sono nascoste "code" e particelle di grasso e sporco. La superficie viene lavata da grasso e sporco a causa del fatto che il detersivo lega tutto il grasso e lo sporco in tali micelle.
Acidità e salute
È già stato detto che il pH è di grande importanza per il corpo umano. Oltre al tubo digerente, è importante controllare l'indice di acidità in altre parti del corpo: sangue, saliva, pelle - ambienti acidi e alcalini sono di grande importanza per molti processi biologici. La loro definizione permette di valutare lo stato del corpo.
Ora i test del pH stanno guadagnando popolarità, i cosiddetti test rapidi per il controllo dell'acidità. Sono strisce regolari di carta indicatrice universale.
