Что такое кислотность и методы ее определения

Кислотность водного раствора обусловлена наличие в нем положительных водородных ионов Н+ и оценивается концентрацией в 1 литре раствора C(H+) (моль/л или г/л). В абсолютно чистой воде концентрации ионов Н+ и ОН– равны и раствор нейтрален. В кислых растворах преобладают ионы Н+, в щелочных – ионы ОН–, однако их произведение в любых условиях постоянно. Следовательно, увеличение концентрации одного типа ионов приводит к уменьшению концентрации другого типа в том же количестве. На практике степень кислотности (или щелочности) раствора выражается водородным показателем рН (от латинского «пундус гидрогениум» — вес водорода), представляющим собой отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов рН = –lgC(H+). Эта величина может изменяться в небольших пределах – всего от –1 до 15 (а чаще – от 0 до 14). При этом изменению концентрации ионов Н+ в 10 раз соответствует изменение рН на одну единицу. Таким образом, концентрация водородных ионов в среде с рН = 5 в 10, 100 и 1000 раз выше, чем в среде с рН = 6, 7 и 8 соответственно.

Кислыми называют растворы, в которых рН < 7, и, соответственно, чем ниже уровень pH, тем кислее раствор. В щелочных растворах рН > 7, и, чем ближе это значение к 14, тем раствор считается более щелочным. Установленная шкала кислотности идет от рН = 0 (крайне высокая кислотность) до рН = 14 (крайне высокая щелочность). Нейтральная среда имеет показатель рН, равный 7 (при комнатной температуре).

Показатель рН непосредственно влияет на нормальное протекание всех биохимических процессов у живых организмов. Очень важно, чтобы все процессы проходили при строго заданной кислотности. В частности, это необходимо для нормального функционирования биологических катализаторов – ферментов (при выходе за эти пределы их активность может резко снижаться). В клетках организма рН имеет значение около 7, во внеклеточной жидкости – 7,4. Наиболее чувствительны к изменению рН нервные окончания, которые находятся вне клеток. Кроме того, организм использует данное изменение рН в сигнальных целях: при механических или термических повреждениях тканей стенки клеток разрушаются и их содержимое попадает на нервные окончания. Было доказано, что боль вызывают именно катионы водорода, причем с уменьшением рН раствора боль усиливается, - и это лишь частный пример роли рН для живых организмов. Для примера, чистая природная, в частности дождевая, вода в отсутствие загрязнителей тем не менее имеет слабокислую реакцию (рН = 5,6), поскольку в ней легко растворяется углекислый газ с образованием слабой угольной кислоты.

Для определения степени кислотности используют специальные приборы - рН-метры, которые бывают весьма недешевы. Такие приборы измеряют электрический потенциал специального электрода (ЭДС), погруженного в раствор, и этот потенциал зависит от концентрации ионов водорода в растворе, и весьма вероятно измерить его с высокой точностью.

Простым способом определения характера среды является применение индикаторов – химических веществ, окраска которых изменяется в зависимости от рН среды. Наиболее распространенные индикаторы – фенолфталеин, метилоранж, лакмус. Метиловый оранжевый при рН < 3,1 имеет красный цвет, а при рН > 4,4 – желтый; лакмус при рН < 6,1 красный, а при рН > 8 – синий и т.д.

Индикаторы для кислотно-основного титрования представляют собой ярко окрашенные слабые кислоты или основания. У большинства из них кислотная и основная формы значительно различаются по окраске (двухцветные индикаторы). Существует также несколько одноцветных индикаторов, например фенолфталеин, у которого кислотная форма бесцветна, а основная имеет розово-фиолетовую окраску.

Таблица 1. Области перехода окраски некоторых кислотно-основных индикаторов

Индикатор	Окраска в более кислой среде	Интервал рН смены окраски	Окраска в более щелочной среде
Метиловый фиолетовый (первый переход)	желтый	0,1-0,5	синий
Метиловый фиолетовый (второй переход)	синий	1,5-3,2	фиолетовый
Тропеолин 00	красный	1,3-3,2	желтый
Метиловый оранжевый	красный	3,1- 4,4	оранжево-фиолетовый
Ализарин S	желтый	3,7-5,2	фиолетовый
Метиловый красный	красный	4,4-6,2	желтый
Лакмус	красный	5,0-8,0	синий
Тропеолин 000	желто-коричневый	7,6-8,9	красный
Фенолфталеин	бесцветный	8,1-10,0	красный
Тимолфталеин	бесцветный	9,4-10,6	Синий
Тропеолин 0	желтый	11,0-12,7	желто-коричневый

Буферная ёмкость раствора (от англ. buffer — амортизатор, англ. buff — смягчать толчки) — определяет способность раствора сохранять постоянной концентрацию определённых ионов (обычно применяется к ионам H⁺) при условии, что в растворе протекают химические реакции, или при добавлении к раствору электролитов.

Для реакций, скорости которых пропорциональны концентрации соответствующих ионов, это означает поддержание постоянных условий проведения реакции.

Дата добавления: 2014-01-20