Syrer og baser er to ekstreme positioner af samme skala: deres egenskaber (helt modsat) er bestemt af den samme værdi - koncentrationen af hydrogenioner (H+). Men i sig selv er dette tal meget ubelejligt: selv i sure miljøer, hvor koncentrationen af brintioner er højere, er dette tal hundrededele, tusindedele af en enhed. Derfor bruger de for nemheds skyld decimallogaritmen af denne værdi, ganget med minus en. Det er sædvanligt at sige, at dette er pH (potentia Hydrogen) eller en brintindikator.
Konceptets fremkomst
Generelt er det faktum, at et surt miljø og et alkalisk miljø bestemmes af koncentrationen af hydrogenioner H +, og at jo højere koncentrationen er, jo surere er opløsningen (og omvendt, jo lavere er H + koncentration, jo mere basisk miljøet og jo højere koncentration af modsatte OH-ioner -), har været kendt af videnskaben i lang tid. Det var dog først i 1909, at den danske kemiker Sørensen første gang publicerede forskning, hvori han brugte begrebet et brintindeks - PH, senere erstattet af pH.
Beregning af surhedsgrad
Ved beregning af pH-indekset antages det, at vandmolekyler i opløsning, omend i meget små mængder, stadig dissocierer til ioner. Denne reaktion kaldes vandautoprotolyse:
H2O H+ + OH-
Reaktionen er reversibel, så der er defineret en ligevægtskonstant for den (som viser de gennemsnitlige koncentrationer af hver komponent). Her er værdien af konstanten for standardbetingelser - temperatur 22 °C.
Nedenfor i firkantede parenteser - molære koncentrationer af de angivne komponenter. Den molære koncentration af vand i vand er cirka 55 mol/liter, hvilket er en anden ordens værdi. Derfor er produktet af koncentrationerne af H+ og OH- ioner omkring 10-14. Denne værdi kaldes det ioniske produkt af vand.
I rent vand er koncentrationerne af hydrogenioner og hydroxidioner 10-7. Derfor vil vands pH-værdi være ca. 7. Denne pH-værdi tages som et neutr alt miljø.
Dernæst skal du kigge væk fra vandet og overveje en opløsning af noget syre eller alkali. Tag for eksempel eddikesyre. Det ioniske produkt af vand vil forblive det samme, men balancen mellem ionerne H+ og OH- vil skifte mod førstnævnte: hydrogenioner vil kommer fra delvist dissocieret eddikesyre, og "ekstra" hydroxidioner vil gå ind i ikke-dissocierede vandmolekyler. Koncentrationen af brintioner vil således være højere, og pH vil være lavere (intet behovglemme, at logaritmen er taget med et minustegn). Derfor er sure og basiske relateret til pH. Og de er forbundet på følgende måde. Jo lavere pH-værdi, desto surere er miljøet.
Sure egenskaber
Sure miljøer er opløsninger med en pH-værdi på mindre end 7. Det skal bemærkes, at selvom værdien af det ioniske produkt af vand ved første øjekast begrænser pH-værdierne i området fra 1 til 14, faktisk findes der opløsninger med en pH-værdi mindre end én (og endda mindre end nul) og større end 14. For eksempel kan pH i koncentrerede opløsninger af stærke syrer (svovlsyre, s altsyre) nå -2.
Opløseligheden af visse stoffer kan afhænge af, om vi har et surt miljø eller et alkalisk miljø. Tag for eksempel metalhydroxider. Opløselighed bestemmes af værdien af opløselighedsproduktet, som i struktur er den samme som ionproduktet af vand: multiplicerede koncentrationer. I tilfælde af hydroxid omfatter opløselighedsproduktet koncentrationen af metalionen og koncentrationen af hydroxidioner. I tilfælde af et overskud af brintioner (i et surt miljø), vil de mere aktivt "trække" hydroxidioner ud fra bundfaldet og derved flytte ligevægten mod den opløste form, hvilket øger bundfaldets opløselighed.
Det er også værd at nævne, at hele menneskets fordøjelseskanal har et surt miljø: pH-værdien af mavesaft varierer fra 1 til 2. Afvigelse fra disse værdier op eller ned kan være et tegn på forskellige sygdomme.
Egenskaber af alkalisk medium
Bi et alkalisk miljø antager pH-værdien værdier større end 7. For nemheds skyld erstattes pH-indikatoren for surhedsgrad i miljøer med høj koncentration af hydroxidioner med pH-indikatoren for basicitet pOH. Det er let at gætte, at det angiver en værdi lig med -lg[OH-] (negativ decimallogaritme af koncentrationen af hydroxidioner). Direkte fra det ioniske produkt af vand følger ligheden pH + pOH=14. Derfor er pOH=14 - pH. For alle udsagn, der er sande for pH-indekset, gælder de modsatte udsagn for pOH-basicitetsindekset. Hvis pH-værdien af et alkalisk medium er stor per definition, så er dets pOH åbenbart lille, og jo stærkere alkaliopløsningen er, desto lavere er pOH-værdien.
Denne sætning har lige introduceret et logisk paradoks, der forvirrer mange diskussioner om surhed: lav surhed indikerer høj surhed, og omvendt: høje pH-værdier svarer til lav surhedsgrad. Dette paradoks opstår, fordi logaritmen er taget med et minustegn, og surhedsskalaen så at sige er omvendt.
Praktisk definition af surhedsgrad
Såkaldte indikatorer bruges til at bestemme surhedsgraden af mediet. Norm alt er disse ret komplekse organiske molekyler, der ændrer deres farve afhængigt af mediets pH. Indikatoren skifter farve over et meget snævert pH-område: dette bruges i syre-base titreringer for at opnå nøjagtige resultater: titreringen stoppes, så snart indikatoren skifter farve.
De mest berømte indikatorer er methylorange (overgangsinterval i regionen med lav pH), phenolphtalein (overgangsinterval i regionen med høj pH), lakmus, thymolblå og andre. I sure miljøer og alkaliske miljøer bruges forskellige indikatorer afhængigt af det område, hvor deres overgangsinterval ligger.
Der er også universelle indikatorer - de ændrer deres farve gradvist fra rød til dyb lilla, når de går fra stærkt sure til stærkt alkaliske miljøer. Faktisk er universelle indikatorer en blanding af almindelige.
Til en mere nøjagtig bestemmelse af surhedsgraden bruges en anordning - et pH-meter (henholdsvis potentiometer, metoden kaldes potentiometri). Dets funktionsprincip er baseret på måling af EMF i et kredsløb, hvis element er en opløsning med en målt pH. Potentialet for en elektrode nedsænket i en opløsning er følsom over for koncentrationen af hydrogenioner i opløsningen - deraf ændringen i EMF, som den reelle pH beregnes ud fra.
Surhed i forskellige miljøer i hverdagen
Surhedsindekset er af stor betydning i hverdagen. For eksempel bruges svage syrer - eddikesyre, æblesyre - som konserveringsmidler. Alkaliske opløsninger er rengøringsmidler, herunder sæbe. Den enkleste sæbe er natriums alte af fedtsyrer. I vand dissocierer de: fedtsyreresten - meget lang - har på den ene side en negativ ladning, og på den anden side - en lang upolær kæde af kulstofatomer. Atden ende af molekylet, hvor ladningen deltager i hydreringen, samler vandmolekyler omkring sig. Den anden ende knytter sig til andre ikke-polære ting, som fedtmolekyler. Som et resultat dannes der miceller - kugler, hvor "haler" med en negativ ladning stikker ud, og "haler" og partikler af fedt og snavs er skjult indeni. Overfladen vaskes for fedt og snavs på grund af, at rengøringsmidlet binder alt fedt og snavs ind i sådanne miceller.
Surhed og sundhed
Det er allerede blevet nævnt, at pH er af stor betydning for den menneskelige krop. Ud over fordøjelseskanalen er det vigtigt at kontrollere surhedsindekset i andre dele af kroppen: blod, spyt, hud - sure og basiske miljøer har stor betydning for mange biologiske processer. Deres definition giver dig mulighed for at vurdere kroppens tilstand.
Nu er pH-test ved at vinde popularitet - de såkaldte eksprestests til kontrol af surhedsgrad. De er almindelige strimler af universelt indikatorpapir.
