pH, bufory, kwasy i zasady | Wprowadzenie do chemii

cel nauki

wyjaśnij skład roztworów buforowych i jak utrzymują one stałe pH

kluczowe punkty

roztwór podstawowy będzie miał pH powyżej 7,0, podczas gdy roztwór kwaśny będzie miał pH poniżej 7,0.,
bufory są roztworami zawierającymi słaby kwas i jego sprzężoną zasadę; jako takie mogą absorbować nadmiar jonów H + lub jonów OH -, utrzymując w ten sposób ogólne stałe pH w roztworze.
pH jest równe logarytmowi ujemnemu stężenia jonów H+ w roztworze: pH = – log.,

terminy

roztwór buforowy składający się ze słabego kwasu i jego sprzężonej Zasady, który może być użyty do stabilizacji pH roztworu
alkalynowy o pH większym niż 7; zasadowy
kwasowy o pH mniejszym niż 7

samo-Jonizacja wody

jony wodorowe powstają spontanicznie w czystej wodzie.woda przez dysocjację (jonizację) niewielkiego odsetka cząsteczek wody na równe liczby jonów wodoru (h+) i jonów wodorotlenku (Oh–)., Jony wodorotlenkowe pozostają w roztworze dzięki wiązaniom wodorowym z innymi cząsteczkami wody; jony wodorowe, składające się z nagich protonów, są natychmiast przyciągane do niezjonizowanych cząsteczek wody i tworzą jony hydroniowe (H30+). Zgodnie z konwencją naukowcy odnoszą się do jonów wodorowych i ich stężenia tak, jakby w tym stanie były wolne w ciekłej wodzie.

2h_2o \Left H_3O^+ + OH^-

stężenie jonów wodorowych dysocjujących z czystej wody wynosi 1 × 10-7moli jonów H+ na litr wody., PH jest obliczane jako ujemny logarytm podstawy 10 tego stężenia:

pH = – log

log ujemny 1 × 10-7 jest równy 7,0, co jest również znane jako neutralne pH. ludzkie komórki i krew zachowują prawie neutralne pH.

skala pH

pH roztworu wskazuje na jego kwasowość lub zasadowość (zasadowość). Skala pH jest logarytmem odwrotnym, który waha się od 0 do 14: Wszystko poniżej 7,0 (od 0,0 do 6,9) jest kwaśne, a wszystko powyżej 7,0 (od 7,1 do 14,0) jest zasadowe (lub zasadowe). Skrajności w pH w obu kierunkach od 7.,0 są zwykle uważane za niegościnne do życia. PH w komórkach (6.8) i krwi (7.4) są bardzo zbliżone do obojętnego, podczas gdy środowisko w żołądku jest wysoce kwaśne, o pH od 1 do 2.

odczyty Ph obojętne wynikają z rozpuszczania kwasów lub zasad w wodzie., Używając logarytmu ujemnego do generowania dodatnich liczb całkowitych, wysokie stężenia jonów wodorowych dają niskie pH, a niskie stężenia wysokie pH.

kwas jest substancją zwiększającą stężenie jonów wodorowych (H+) w roztworze, zwykle przez dysocjację jednego z jego atomów wodoru. Zasada dostarcza albo jonów wodorotlenkowych (OH–) lub innych ujemnie naładowanych jonów, które reagują z jonami wodorowymi w roztworze, zmniejszając w ten sposób stężenie H+ i podnosząc pH.

silne kwasy i silne zasady

im silniejszy kwas, tym łatwiej oddaje H+., Na przykład kwas solny (HCl) jest wysoce kwaśny i całkowicie dysocjuje na jony wodorowe i chlorkowe, podczas gdy kwasy w soku pomidorowym lub occie nie są całkowicie dysocjowane i są uważane za słabe kwasy; odwrotnie, silne zasady łatwo oddają OH-i / lub reagują z jonami wodorowymi. Wodorotlenek sodu (NaOH) i wiele domowych środków czyszczących są wysoce zasadowe i szybko rezygnują z OH– po umieszczeniu w wodzie; jony OH-reagują z roztworem H+, tworząc nowe cząsteczki wody i obniżając ilość wolnego H+ w systemie, podnosząc w ten sposób ogólne pH., Przykładem słabego roztworu zasadowego jest woda morska o pH zbliżonym do 8,0, wystarczająco zbliżonym do neutralnego, aby dobrze przystosowane organizmy morskie rozwijały się w tym alkalicznym środowisku.

bufory

w jaki sposób organizmy, których ciała wymagają prawie neutralnego pH, mogą spożywać substancje kwaśne i podstawowe (np. sok pomarańczowy) i przetrwać? Bufory są kluczem. Bufory zwykle składają się ze słabego kwasu i jego sprzężonej Zasady; umożliwia to im łatwe wchłanianie nadmiaru H + lub OH -, utrzymując pH układu w wąskim zakresie.,

utrzymanie stałego pH krwi ma kluczowe znaczenie dla dobrego samopoczucia człowieka. Bufor, który utrzymuje pH ludzkiej krwi obejmuje kwas węglowy (H2CO3), jon wodorowęglanowy (HCO3–) i dwutlenek węgla (CO2). Gdy jony wodorowęglanowe łączą się z wolnymi jonami wodorowymi i stają się kwasem węglowym, jony wodorowe są usuwane, moderując zmiany pH., Podobnie nadmiar kwasu węglowego może zostać przekształcony w gazowy dwutlenek węgla i wydychany przez płuca; zapobiega to gromadzeniu się zbyt wielu wolnych jonów wodorowych we krwi i niebezpiecznemu obniżaniu jej pH; podobnie, jeśli zbyt dużo OH– zostanie wprowadzone do układu, kwas węglowy połączy się z nim, tworząc wodorowęglan, obniżając pH. bez tego systemu buforowego, pH ciała wahałoby się na tyle, aby zagrozić przetrwaniu.,

bufory w ciele ten diagram pokazuje buforowanie poziomu pH we krwi przez ciało: niebieskie strzałki pokazują proces podnoszenia pH w miarę tworzenia się większej ilości CO2; fioletowe strzałki wskazują proces odwrotny, obniżając pH w miarę tworzenia się większej ilości wodorowęglanów.

leki zobojętniające sok żołądkowy, które zwalczają nadmiar kwasu żołądkowego, są kolejnym przykładem buforów., Wiele leków dostępnych bez recepty działa podobnie do buforów krwi, często z co najmniej jednym Jonem (Zwykle węglanem) zdolnym do wchłaniania wodoru i moderowania pH, przynosząc ulgę tym, którzy cierpią na „zgagę” od kwasu żołądkowego po jedzeniu.