Թթուները և ալկալիները նույն մասշտաբի երկու ծայրահեղ դիրքեր են. նրանց հատկությունները (բոլորովին հակառակ) որոշվում են նույն արժեքով՝ ջրածնի իոնների կոնցենտրացիան (H+): Այնուամենայնիվ, ինքնին այս թիվը շատ անհարմար է. նույնիսկ թթվային միջավայրերում, որտեղ ջրածնի իոնների կոնցենտրացիան ավելի մեծ է, այդ թիվը հարյուրերորդական, հազարերորդական միավոր է: Հետեւաբար, հարմարության համար նրանք օգտագործում են այս արժեքի տասնորդական լոգարիթմը, որը բազմապատկվում է մինուս մեկով: Ընդունված է ասել, որ սա pH է (potentia Hydrogen) կամ ջրածնի ցուցանիշ։
Հայեցակարգի առաջացումը
Ընդհանուր առմամբ, այն փաստը, որ թթվային միջավայրը և ալկալային միջավայրը որոշվում են ջրածնի իոնների H + կոնցենտրացիայով, և որ որքան բարձր է դրանց կոնցենտրացիան, այնքան ավելի թթվային է լուծույթը (և հակառակը, այնքան ցածր է H + կոնցենտրացիան, այնքան ավելի ալկալային է միջավայրը և այնքան բարձր է հակաօՀ իոնների կոնցենտրացիան -), գիտությանը հայտնի է վաղուց։ Այնուամենայնիվ, միայն 1909 թվականին դանիացի քիմիկոս Սորենսենն առաջին անգամ հրապարակեց հետազոտություն, որտեղ նա օգտագործեց ջրածնի ինդեքսի հայեցակարգը՝ PH, որը հետագայում փոխարինվեց pH-ով:
:
Թթվայնության հաշվարկ
pH ինդեքսը հաշվարկելիս ենթադրվում է, որ ջրի մոլեկուլները լուծույթում, թեև շատ փոքր քանակությամբ, այնուամենայնիվ տարանջատվում են իոնների: Այս ռեակցիան կոչվում է ջրային ավտոպրոտոլիզ.
H2O H+ + OH-
Ռեակցիան շրջելի է, ուստի դրա համար սահմանվում է հավասարակշռության հաստատուն (ցույց է տալիս յուրաքանչյուր բաղադրիչի միջին կոնցենտրացիան): Ահա հաստատունի արժեքը ստանդարտ պայմանների համար՝ ջերմաստիճան 22 °C։
Ստորև քառակուսի փակագծերում՝ նշված բաղադրիչների մոլային կոնցենտրացիաները: Ջրի մոլային կոնցենտրացիան մոտավորապես 55 մոլ/լիտր է, ինչը երկրորդ կարգի արժեք է: Հետևաբար, H+ և OH- իոնների կոնցենտրացիաների արտադրյալը մոտավորապես 10-14 է: Այս արժեքը կոչվում է ջրի իոնային արդյունք։
Մաքուր ջրում ջրածնի իոնների և հիդրօքսիդի իոնների կոնցենտրացիաները կազմում են 10-7: Ըստ այդմ, ջրի pH արժեքը կլինի մոտավորապես 7: Այս pH արժեքը ընդունվում է որպես չեզոք միջավայր:
Հաջորդը, դուք պետք է հեռու նայեք ջրից և մտածեք թթվի կամ ալկալիի լուծույթի մասին: Վերցրեք, օրինակ, քացախաթթուն: Ջրի իոնային արտադրանքը կմնա նույնը, բայց H+ և OH- իոնների միջև հավասարակշռությունը կփոխվի դեպի առաջինը. բխում են մասամբ տարանջատված քացախաթթվից, իսկ «լրացուցիչ» հիդրօքսիդի իոնները կմտնեն ոչ տարանջատված ջրի մոլեկուլներ: Այսպիսով, ջրածնի իոնների կոնցենտրացիան ավելի բարձր կլինի, իսկ pH-ն ավելի ցածր (կարիք չկամոռացեք, որ լոգարիթմը վերցված է մինուս նշանով): Համապատասխանաբար, թթվային և ալկալային կապված են pH-ի հետ: Եվ դրանք միացվում են հետեւյալ կերպ. Որքան ցածր է pH արժեքը, այնքան ավելի թթվային է միջավայրը:
թթվային հատկություններ
Թթվային միջավայրերը 7-ից պակաս pH ունեցող լուծույթներ են: Հարկ է նշել, որ չնայած ջրի իոնային արտադրանքի արժեքը առաջին հայացքից սահմանափակում է pH-ի արժեքները 1-ից 14-ի սահմաններում, Փաստորեն, գոյություն ունեն լուծույթներ, որոնց pH-ը մեկից պակաս է (և նույնիսկ զրոյից պակաս) և 14-ից մեծ: Օրինակ՝ ուժեղ թթուների խտացված լուծույթներում (ծծմբական, աղաթթու) pH-ը կարող է հասնել -2-ի։
Որոշ նյութերի լուծելիությունը կարող է կախված լինել նրանից, թե մենք թթվային միջավայր ունենք, թե ալկալային: Օրինակ, վերցրեք մետաղական հիդրօքսիդներ: Լուծելիությունը որոշվում է լուծելիության արտադրանքի արժեքով, որն իր կառուցվածքով նույնն է, ինչ ջրի իոնային արտադրանքը՝ բազմապատկված կոնցենտրացիաներ։ Հիդրօքսիդի դեպքում լուծելիության արտադրանքը ներառում է մետաղի իոնի կոնցենտրացիան և հիդրօքսիդի իոնների կոնցենտրացիան։ Ջրածնի իոնների ավելցուկի դեպքում (թթվային միջավայրում) նրանք ավելի ակտիվորեն «դուրս կբերեն» հիդրօքսիդի իոնները նստվածքից՝ դրանով իսկ տեղափոխելով հավասարակշռությունը դեպի լուծված ձևը՝ մեծացնելով նստվածքի լուծելիությունը։
։
Հարկ է նաև նշել, որ մարդու ողջ մարսողական տրակտն ունի թթվային միջավայր՝ ստամոքսահյութի pH-ը տատանվում է 1-ից 2-ի սահմաններում։ Այս արժեքներից շեղումը վեր կամ վար կարող է տարբեր հիվանդությունների նշան լինել։
Ալկալային միջավայրի հատկությունները
Bալկալային միջավայրում pH-ի արժեքը ստանում է 7-ից ավելի արժեքներ: Հարմարության համար հիդրօքսիդի իոնների բարձր կոնցենտրացիայով միջավայրերում թթվայնության pH ցուցիչը փոխարինվում է pOH հիմնարարության pH ցուցիչով: Հեշտ է կռահել, որ այն նշանակում է արժեք, որը հավասար է -lg[OH-] (հիդրօքսիդի իոնների կոնցենտրացիայի բացասական տասնորդական լոգարիթմ): Ջրի իոնային արտադրանքից անմիջապես հետևում է pH + pOH=14 հավասարությունը: Հետեւաբար pOH=14 - pH: Այսպիսով, բոլոր պնդումների համար, որոնք ճշմարիտ են pH ինդեքսի համար, հակառակ պնդումները ճշմարիտ են pOH հիմնարարության ինդեքսի համար: Եթե ալկալային միջավայրի pH-ն ըստ սահմանման մեծ է, ապա դրա pOH-ն ակնհայտորեն փոքր է, և որքան ուժեղ է ալկալային լուծույթը, այնքան ցածր է pOH արժեքը։
Այս նախադասությունը հենց նոր ներկայացրեց մի տրամաբանական պարադոքս, որը շփոթեցնում է թթվայնության մասին շատ քննարկումներ. ցածր թթվայնությունը ցույց է տալիս բարձր թթվայնությունը և հակառակը՝ բարձր pH արժեքները համապատասխանում են ցածր թթվայնությանը: Այս պարադոքսն առաջանում է, քանի որ լոգարիթմը վերցված է մինուս նշանով, իսկ թթվայնության սանդղակը, ասես, շրջված է։
Թթվայնության գործնական սահմանում
Միջավայրի թթվայնությունը որոշելու համար օգտագործվում են այսպես կոչված ցուցանիշներ։ Սովորաբար դրանք բավականին բարդ օրգանական մոլեկուլներ են, որոնք փոխում են իրենց գույնը՝ կախված միջավայրի pH-ից: Ցուցանիշը փոխում է գույնը շատ նեղ pH միջակայքում. սա օգտագործվում է թթու-բազային տիտրումներում ճշգրիտ արդյունքների հասնելու համար. տիտրումը դադարեցվում է հենց ցուցիչի գույնը փոխվում է:
Ամենահայտնի ցուցանիշներն են մեթիլընարնջագույն (անցումային միջակայքում ցածր pH-ով տարածաշրջանում), ֆենոլֆթալեին (անցումային միջակայքում բարձր pH-ով տարածաշրջանում), լակմուս, թիմոլ կապույտ և այլն։ Թթվային և ալկալային միջավայրերում տարբեր ցուցիչներ են օգտագործվում՝ կախված այն տարածքից, որտեղ գտնվում է դրանց անցման միջակայքը։
Կան նաև ունիվերսալ ցուցիչներ՝ դրանք աստիճանաբար փոխում են իրենց գույնը՝ կարմիրից մինչև մուգ մանուշակագույն, երբ անցնում են խիստ թթվային միջավայրից խիստ ալկալային: Իրականում, ունիվերսալ ցուցանիշները սովորականների խառնուրդ են։
Թթվայնության ավելի ճշգրիտ որոշման համար օգտագործվում է սարք՝ pH մետր (պոտենցիոմետր, մեթոդը, համապատասխանաբար, կոչվում է պոտենցիոմետրիա)։ Դրա գործողության սկզբունքը հիմնված է EMF-ի չափման վրա շղթայում, որի տարրը չափված pH-ով լուծույթ է: Լուծույթի մեջ ընկղմված էլեկտրոդի պոտենցիալը զգայուն է լուծույթում ջրածնի իոնների կոնցենտրացիայի նկատմամբ, հետևաբար EMF-ի փոփոխությունը, որի հիման վրա հաշվարկվում է իրական pH-ը:
Տարբեր միջավայրերի թթվայնությունը առօրյա կյանքում
Թթվայնության ինդեքսը մեծ նշանակություն ունի առօրյա կյանքում։ Օրինակ՝ որպես կոնսերվանտներ օգտագործվում են թույլ թթուներ՝ քացախային, խնձորաթթուներ։ Ալկալային լուծույթները լվացող միջոցներ են, ներառյալ օճառը: Ամենապարզ օճառը ճարպաթթուների նատրիումի աղերն են: Ջրի մեջ դրանք տարանջատվում են՝ ճարպաթթուների մնացորդը՝ շատ երկար, մի կողմից բացասական լիցք ունի, իսկ մյուս կողմից՝ ածխածնի ատոմների երկար ոչ բևեռ շղթա։ Դամոլեկուլի վերջը, որի ժամանակ լիցքը մասնակցում է խոնավացմանը, իր շուրջը հավաքում է ջրի մոլեկուլները: Մյուս ծայրը կցվում է այլ ոչ բևեռային իրերի, օրինակ՝ ճարպի մոլեկուլների: Արդյունքում առաջանում են միցելներ՝ գնդիկներ, որոնց մեջ դուրս են ցցվում բացասական լիցքով «պոչեր», իսկ ներսում թաքնված են «պոչեր» ու ճարպի ու կեղտի մասնիկներ։ Մակերեսը լվանում է քսուքից և կեղտից, քանի որ լվացող միջոցը կապում է բոլոր ճարպերն ու կեղտը նման միցելների մեջ։
Թթվայնություն և առողջություն
Արդեն նշվեց, որ pH-ը մեծ նշանակություն ունի մարդու օրգանիզմի համար։ Բացի մարսողական տրակտից, կարևոր է վերահսկել թթվայնության ինդեքսը մարմնի այլ մասերում. արյունը, թուքը, մաշկը՝ թթվային և ալկալային միջավայրերը մեծ նշանակություն ունեն բազմաթիվ կենսաբանական գործընթացների համար: Դրանց սահմանումը թույլ է տալիս գնահատել մարմնի վիճակը։
Հիմա pH թեստերը դառնում են ժողովրդականություն՝ այսպես կոչված, թթվայնությունը ստուգելու էքսպրես թեստեր: Դրանք ունիվերսալ ցուցիչ թղթի սովորական շերտեր են։
