pH, Tamponi, Acidi, e Basi | Introduzione alla Chimica

Obiettivo di Apprendimento

Spiegare la composizione di soluzioni tampone e come hanno la funzione di mantenere costante il pH

Punti chiave

Una soluzione di base avrà un pH superiore a 7,0, mentre una soluzione acida avrà un pH inferiore a 7.0.,
I buffer sono soluzioni che contengono un acido debole e la sua base coniugata; come tali, possono assorbire gli ioni H+in eccesso o gli ioni OH, mantenendo così un pH globale costante nella soluzione.
pH è uguale al logaritmo negativo della concentrazione di ioni H + in soluzione: pH = – log.,

Termini e condizioni

buffera soluzione composta da un acido debole e la sua base coniugata che può essere usato per stabilizzare il pH di una soluzione
alkalinehaving un pH maggiore di 7; di base
acidichaving un pH inferiore a 7

Auto-Ionizzazione dell’Acqua

gli ioni Idrogeno sono spontaneamente generato in acqua pura dalla dissociazione (ionizzazione) con una piccola percentuale di molecole di acqua in un numero uguale di idrogeno (H+) e ioni idrossido (OH–) ioni., Gli ioni idrossido rimangono in soluzione a causa dei loro legami idrogeno con altre molecole d’acqua; gli ioni idrogeno, costituiti da protoni nudi, sono immediatamente attratti da molecole d’acqua non ionizzate e formano ioni idronio (H30+). Per convenzione, gli scienziati si riferiscono agli ioni idrogeno e alla loro concentrazione come se fossero liberi in questo stato in acqua liquida.

2H_2O \leftrightharpoon H_3O^+ + OH^-

La concentrazione di ioni idrogeno che si dissociano dall’acqua pura è di 1 × 10-7moli H+ ioni per litro d’acqua., Il pH è calcolato come il negativo del logaritmo di base 10 di questa concentrazione:

pH = -log

Il log negativo di 1 × 10-7 è uguale a 7.0, che è anche noto come pH neutro. Le cellule umane e il sangue mantengono ciascuno un pH quasi neutro.

Scala pH

Il pH di una soluzione indica La scala del pH è un logaritmo inverso che varia da 0 a 14: qualsiasi cosa al di sotto di 7,0 (che vanno da 0,0 a 6,9) è acida e qualsiasi cosa al di sopra di 7,0 (da 7,1 a 14,0) è basica (o alcalina). Estremi di pH in entrambe le direzioni da 7.,0 sono di solito considerati inospitali alla vita. Il pH nelle cellule (6.8) e nel sangue (7.4) sono entrambi molto vicini al neutro, mentre l’ambiente nello stomaco è altamente acido, con un pH da 1 a 2.

La scala del Phla scala del pH misura la concentrazione di ioni idrogeno (H+) in una soluzione.

Le letture del pH non neutro derivano dalla dissoluzione di acidi o basi in acqua., Usando il logaritmo negativo per generare interi positivi, alte concentrazioni di ioni idrogeno producono un pH basso e basse concentrazioni un pH alto.

Un acido è una sostanza che aumenta la concentrazione di ioni idrogeno (H+) in una soluzione, di solito dissociando uno dei suoi atomi di idrogeno. Una base fornisce ioni idrossido (OH -) o altri ioni caricati negativamente che reagiscono con ioni idrogeno in soluzione, riducendo così la concentrazione di H+ e aumentando il pH.

Acidi forti e basi forti

Più forte è l’acido, più facilmente dona H+., Ad esempio, l’acido cloridrico (HCl) è altamente acido e si dissocia completamente in ioni idrogeno e cloruro, mentre gli acidi nel succo di pomodoro o nell’aceto non si dissociano completamente e sono considerati acidi deboli; al contrario, le basi forti donano prontamente OH– e/o reagiscono con ioni idrogeno. L’idrossido di sodio (NaOH) e molti detergenti per la casa sono altamente basici e rinunciano rapidamente all’OH quando vengono posti in acqua; gli ioni OH reagiscono con H+ in soluzione, creando nuove molecole d’acqua e abbassando la quantità di H+ libero nel sistema, aumentando così il pH complessivo., Un esempio di una soluzione basica debole è l’acqua di mare, che ha un pH vicino a 8,0, abbastanza vicino al neutro che gli organismi marini ben adattati prosperano in questo ambiente alcalino.

Tamponi

Come possono gli organismi i cui corpi richiedono un pH quasi neutro ingerire sostanze acide e basiche (un succo d’arancia umano che beve, per esempio) e sopravvivere? I buffer sono la chiave. I tamponi di solito sono costituiti da un acido debole e dalla sua base coniugata; ciò consente loro di assorbire facilmente l’eccesso di H+ o OH–, mantenendo il pH del sistema in un intervallo ristretto.,

Mantenere un pH del sangue costante è fondamentale per il benessere di una persona. Il tampone che mantiene il pH del sangue umano coinvolge acido carbonico (H2CO3), bic bicarbonato (HCO3–) e anidride carbonica (CO2). Quando gli ioni bicarbonato si combinano con gli ioni idrogeno liberi e diventano acido carbonico, gli ioni idrogeno vengono rimossi, moderando i cambiamenti di pH., Allo stesso modo, l’eccesso di acido carbonico può essere convertito in anidride carbonica e gas espirato attraverso i polmoni; questo impedisce troppi libera ioni di idrogeno da costruire nel sangue e pericolosamente riducendo il suo pH; allo stesso modo, se troppo OH– è introdotto nel sistema, acido carbonico, si uniranno per creare il bicarbonato, un abbassamento del pH. Senza questo sistema di buffer, il corpo del pH potrebbe fluttuare abbastanza per mettere a repentaglio la sopravvivenza.,

Buffer nel corpoquesto diagramma mostra il buffering del corpo dei livelli di pH nel sangue: le frecce blu mostrano il processo di innalzamento del pH quando si produce più CO2; le frecce viola indicano il processo inverso, abbassando il pH quando viene creato più bicarbonato.

Gli antiacidi, che combattono l’eccesso di acido gastrico, sono un altro esempio di buffer., Molti farmaci da banco funzionano in modo simile ai tamponi del sangue, spesso con almeno uno ion (di solito carbonato) in grado di assorbire l’idrogeno e moderare il pH, portando sollievo a coloro che soffrono di “bruciore di stomaco” dall’acido dello stomaco dopo aver mangiato.