Кислотно-щелочной баланс фото

Кислотность и щёлочность среды. Урок 6

Концентрация ионов водорода и гидроксид-ионов в растворе описывается терминами кислотность и щёлочность среды. При температуре 22°С чистая вода, имеющая показатель содержания H +, равный 10-7 моль/л, считается нейтральной, т. е. ни кислой, ни основной, при этом говорят, что её показатель pH равен 7. В данном случае диссоциация воды приводит к равному содержанию как ионов водорода (H +), отвечающих за кислотность, так и гидроксид-ионов (OH-), являющихся показателями щелочной реакции.

Понятие о кислотности среды

Способом выражения концентрации ионов водорода в растворе является шкала рН («пэ-аш») – водородный показатель, выражающий кислотность среды. Он демонстрируют степень активности раствора за счёт концентрации в нём ионов H +. Шкала по модулю равна, а по знаку противоположна десятичному логарифму активности водородных ионов, выраженной в молях на один литр:

pH = –lg [H +]

Так как логарифм концентрации иона водорода – это показатель молярной концентрации H +, рН равен экспоненте, умноженной на -1. Для воды [H +] 10-7 моль/л соответствует значению рН = 7. Данная нейтральная точка – баланс между H + и OH – по шкале рН. Это равновесие возникает в результате того, что диссоциация воды производит равные количества H + и OH –.

Обратите внимание, что, поскольку шкала рН логарифмическая, разница между соседними шкалами представляет собой 10-кратное изменение [H +]. Изменение уровня pH с 4 на 5 увеличит концентрацию ионов водорода в 10 раз.



В водных растворах величина рН обычно принимает значения от 0 до 14. Нейтральная среда характеризуется значением рН = 7, в щелочной среде рН больше 7, в кислой – меньше 7. Чем больше величина рН отличается от 7, тем более кислым или щелочным является раствор. Когда [H+] > [OH−] говорят, что раствор является кислотным, а при [OH−] > [H+] — основным.

  • Дождевая вода обычно имеет слабокислую реакцию среды (рН=6) за счёт растворения в ней углекислого газа.
  • Дождь считается кислотным, если его рН<5.
  • Желудочный сок — это сильнокислая среда (рН=1,7).
  • рН крови (7,4).
  • Слюны (6,9).
  • Слез (7).

Шкала рН, кислотность и щёлочность среды фото

Кислоты

Любое вещество, в котором увеличивается количество катионов водорода и, соответственно, опускается показатель кислотности рН меньше 7, называется кислотой.

Например, соляная кислота HCl, которая выделяется железами нашего желудка, полностью ионизируется в воде. Разведение 10-1 моль/л HCl диссоциирует с образованием 10-1 моль / л H +, давая раствору рН =1. Водородный показатель шампанского, в котором растворён углекислый газ, равен 2.

Бутыль фото

Основания

Вещество, которое при растворении в воде соединяется с H+ и таким образом понижает [H +], называется основанием. Основные (или щелочные) растворы имеют показатели pH выше 7.

Очень сильные основания, такие как гидроксид натрия NaOH, имеют показатель pH = 12 или более. Большинство бытовых чистящих веществ, таких как аммиак, сода, отбеливатель, могут выполнять свою роль, потому что являются щелочами с высоким показателем pH.

Сода фото

Буферные системы обеспечивают кислотно-щелочной баланс

Внутри большинства клеток и в окружающей клетки и ткани жидкостях многоклеточных организмов pH достаточно близки к нейтральным т.е. равны приблизительно 7. Большинство ферментов очень чувствительны к показателю pH среды. Даже небольшое изменение водородной концентрации может нарушить форму и изменить деятельность ферментов, поэтому важно, чтобы кислотность и щёлочность внутренней среды организма постоянно поддерживалась на одном уровне.

Однако химические реакции постоянно производят внутри клетки кислоты и основания. Кислоты:

  • соляная – секретируется клетками желудка;
  • серная – образуется при окислении белков;
  • угольная – конечный продукт окисления углеводов, липидов и белков;
  • молочная – образуется в мышечных клетках во время выполнения тяжёлой работы.

Основания: мочевина, аммиак, креатин и др.

Кроме того, многие животные и люди питаются продуктами с кислой или щелочной реакцией. Напиток «кола» даже в разбавленном виде – сильно кислое вещество. Несмотря на это, в нашем теле концентрация ионов H+ и OH – постоянно поддерживается на одном уровне. Кислотность и щёлочность среды регулируют буферные системы.

Буферные растворы – это вещества, которые сопротивляются изменению pH. Их работа заключается в высвобождении ионов водорода, когда их недостаточно, и их поглощении при повышении кислотности. Внутри организмов буферные системы обычно состоят из пары субстанций – кислоты и щёлочи.

Особенно чувствительна к изменению кислотности наша кровь, в норме её рН = 7,4±0,05. При ацидозе человеческая рН крови падает до 7,1. Если кислотность не восстановится сразу, это может стать причиной гибели. Так же опасен и обратный процесс – увеличение водородного показателя крови, называемый алкалозом.

Кислотность и щёлочность среды: pH крови фото

Кровь включает в себя все буферные системы, встречающиеся в организме человека:

  • гидрокарбонатную (бикарбонатную),
  • фосфатную,
  • белковую, (включая гемоглобиновую и оксигемоглобиновую, т.е. эритроцитную).

Бикарбонатная буферная система регулирует кислотность и щёлочность среды

Рассмотрим действие этих систем на примере бикарбонатной буферной системы. Она состоит из угольной кислоты (H2CO3) и гидрокарбоната натрия (NaHCO3). Эти вещества взаимодействуют в паре обратимой реакции. Во-первых, двуокись углерода (CO2) и H2O соединяются с образованием углекислоты (H2O3), которая во второй реакции диссоциирует с выходом бикарбонат-иона (HCO3 –) и H +.

Если какая-то кислота или другое вещество добавляет H + в кровь, НСО3 – выступает в качестве базы и удаляет избыток Н+, образуя Н2СО3. Аналогично, если основное вещество удаляет H + из крови, H2CO3 диссоциирует, высвобождая больше ионов H + в кровь. Таким образом, эта система стабилизирует рН крови.

H2O + CO2 ↔ H2CO3  ↔ HCO3— + H+

Реакция воды с углекислым газом важна для организмов, обитающих в воде, так как в результате углерод из воздуха попадает в воду.

 

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован.