Biologia pääaineopiskelijoille I

Liuoksen pH-arvo ilmaisee liuoksen happamuuden tai emäksisyyden.

\text{H}_2\text{O}\left(\text{I}\right)\longleftrightarrow\text{H}^{+}\left(aq\right)+\text{OH}^{-}\left(aq\right)

Litmus- tai pH-paperi on suodatinpaperi, joka on käsitelty luonnollisella, veteen liukenevalla väriaineella, jotta sitä voidaan käyttää pH-indikaattorina, testata, kuinka paljon happoa (happamuus) tai emästä (emäksisyys) liuoksessa on. Olet ehkä jopa käyttänyt paperia testataksesi, onko uima-altaan vesi käsitelty asianmukaisesti. Molemmissa tapauksissa pH-testi mittaa vetyionien pitoisuutta tietyssä liuoksessa.

Vetyionit syntyvät spontaanisti puhtaassa vedessä pienen osan vesimolekyyleistä dissosioitumalla (ionisoitumalla) yhtä suuriksi määriksi vety- (H+) ioneja ja hydroksidi- (OH-) ioneja. Kun hydroksidi-ionit pysyvät liuoksessa vetysidoksensa avulla muiden vesimolekyylien kanssa, vetyionit, jotka koostuvat alastomista protoneista, vetävät välittömästi puoleensa ionisoitumattomia vesimolekyylejä muodostaen hydroniumioneja (H3O+). Silti tiedemiehet viittaavat tavan mukaan vetyioneihin ja niiden pitoisuuteen ikään kuin ne olisivat vapaina tässä tilassa nestemäisessä vedessä.

Puhtaasta vedestä dissosioituvien vetyionien pitoisuus on 1 × 10-7 moolia H+ -ioneja litrassa vettä. Moolit (mol) ovat tapa ilmaista aineen (joka voi olla atomeja, molekyylejä, ioneja jne.) määrä, jolloin yksi mooli vastaa 6,02 x 1023 aineen hiukkasta. Näin ollen 1 mooli vettä vastaa 6,02 x 1023 vesimolekyyliä. pH lasketaan tämän konsentraation logaritmin negatiivisena arvona. 1 × 10-7:n log10 on -7,0, ja tämän luvun negatiivinen arvo (pH:n p-kirjain) antaa pH:ksi 7,0, joka tunnetaan myös neutraalina pH:na. Ihmisen solujen sisäinen pH ja veri ovat esimerkkejä kahdesta kehon alueesta, joissa lähes neutraali pH säilyy.

Ei neutraali pH-lukema syntyy, kun happoja tai emäksiä liuotetaan veteen. Käyttämällä negatiivista logaritmia positiivisten kokonaislukujen tuottamiseen, korkeat vetyionipitoisuudet tuottavat alhaisen pH-luvun, kun taas alhaiset vetyionipitoisuudet johtavat korkeaan pH-lukuun. Happo on aine, joka lisää vetyionien (H+) pitoisuutta liuoksessa yleensä siten, että yksi sen vetyatomeista dissosioituu. Emäs tuottaa joko hydroksidi-ioneja (OH-) tai muita negatiivisesti varautuneita ioneja, jotka yhdistyvät vetyionien kanssa vähentäen niiden pitoisuutta liuoksessa ja nostamalla siten pH-arvoa. Tapauksissa, joissa emäs vapauttaa hydroksidi-ioneja, nämä ionit sitoutuvat vapaisiin vetyioneihin, jolloin syntyy uusia vesimolekyylejä.

Kuvio 1. Makuuhuoneen pH-arvo. pH-asteikko mittaa vetyionien (H+) pitoisuutta liuoksessa.

Mitä vahvempi happo on, sitä helpommin se luovuttaa H+. Esimerkiksi suolahappo (HCl) dissosioituu täydellisesti vety- ja kloridi-ioneiksi ja on erittäin hapan, kun taas tomaattimehun tai etikan sisältämät hapot eivät dissosioidu täydellisesti ja niitä pidetään heikkoina happoina.

Vahvoja emäksiä ovat päinvastoin aineet, jotka luovuttavat helposti OH-:a tai ottavat vetyioneja. Natriumhydroksidi (NaOH) ja monet kotitalouksien puhdistusaineet ovat erittäin emäksisiä ja luovuttavat nopeasti OH-:a, kun ne laitetaan veteen, jolloin pH nousee. Esimerkki heikosta emäksisestä liuoksesta on merivesi, jonka pH on lähellä 8,0. Se on riittävän lähellä neutraalia pH:ta, jotta tähän suolaiseen ympäristöön sopeutuneet meren eliöt voivat viihtyä siinä.

PH-asteikko on, kuten aiemmin mainittiin, käänteinen logaritmi, ja sen vaihteluväli on 0:sta 14:ään (kuvio 1). Kaikki alle 7,0 (välillä 0,0-6,9) on hapanta ja kaikki yli 7,0 (välillä 7,1-14,0) on emäksistä. Äärimmäisiä pH-arvoja 7,0:n molempiin suuntiin pidetään yleensä elämälle epäsuotuisina. Solujen sisäinen pH (6,8) ja veren pH (7,4) ovat molemmat hyvin lähellä neutraalia.

Mahalaukun ympäristö on kuitenkin erittäin hapan, sillä sen pH on 1-2. Miten mahalaukun solut siis selviytyvät näin happamassa ympäristössä? Miten ne pitävät homeostaattisesti yllä lähes neutraalia pH:ta niiden sisällä? Vastaus on, että ne eivät pysty siihen ja kuolevat jatkuvasti. Uusia mahalaukun soluja tuotetaan jatkuvasti korvaamaan kuolleita soluja, jotka mahahapot sulattavat. On arvioitu, että ihmisen mahalaukun limakalvo vaihtuu kokonaan seitsemän-kymmenen päivän välein.

Kirjoita!

Paranna tätä sivuaOpi lisää