Biologie pro hlavní obory I

Ph roztoku udává jeho kyselost nebo zásaditost.

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

Litmusový nebo pH papír je filtrační papír, který byl ošetřen přírodním barvivem rozpustným ve vodě, takže jej lze použít jako indikátor pH, k testování množství kyseliny (kyselosti) nebo zásady (zásaditosti) v roztoku. Možná jste ho dokonce použili k testování, zda je voda v bazénu správně upravena. V obou případech test pH měří koncentraci vodíkových iontů v daném roztoku.

Vodíkové ionty vznikají samovolně v čisté vodě disociací (ionizací) malého procenta molekul vody na stejný počet vodíkových (H+) a hydroxidových (OH-) iontů. Zatímco hydroxidové ionty jsou udržovány v roztoku vodíkovou vazbou s ostatními molekulami vody, vodíkové ionty, tvořené holými protony, jsou okamžitě přitahovány neionizovanými molekulami vody a vytvářejí hydroniové ionty (H3O+). Přesto vědci podle konvence hovoří o vodíkových iontech a jejich koncentraci, jako by byly v tomto stavu v kapalné vodě volné.

Koncentrace vodíkových iontů disociujících z čisté vody je 1 × 10-7 molů H+ iontů na litr vody. Moly (mol) jsou způsobem vyjádření množství látky (což mohou být atomy, molekuly, ionty atd.), přičemž jeden mol se rovná 6,02 × 1023 částicím látky. Proto se 1 mol vody rovná 6,02 x 1023 molekulám vody. Hodnota pH se vypočítá jako záporná hodnota logaritmu této koncentrace o základu 10. Log10 1 × 10-7 je -7,0 a zápor tohoto čísla (označeného písmenem „p“ z „pH“) dává pH 7,0, které je také známé jako neutrální pH. Příkladem dvou oblastí těla, kde se udržuje téměř neutrální pH, je pH uvnitř lidských buněk a krve.

Neutrální hodnoty pH jsou výsledkem rozpouštění kyselin nebo zásad ve vodě. Při použití záporného logaritmu k vytvoření kladných celých čísel dává vysoká koncentrace vodíkových iontů nízké číslo pH, zatímco nízké množství vodíkových iontů vede k vysokému pH. Kyselina je látka, která zvyšuje koncentraci vodíkových iontů (H+) v roztoku, obvykle tím, že jeden z jejích atomů vodíku disociuje. Zásada poskytuje buď hydroxidové ionty (OH-), nebo jiné záporně nabité ionty, které se spojují s vodíkovými ionty, snižují jejich koncentraci v roztoku, a tím zvyšují pH. V případech, kdy zásada uvolňuje hydroxidové ionty, se tyto ionty vážou na volné vodíkové ionty a vytvářejí nové molekuly vody.

Obrázek 1. Stupnice pH měří koncentraci vodíkových iontů (H+) v roztoku.

Čím je kyselina silnější, tím ochotněji odevzdává H+. Například kyselina chlorovodíková (HCl) zcela disociuje na vodíkové a chloridové ionty a je silně kyselá, zatímco kyseliny v rajčatové šťávě nebo octu zcela nedisociují a jsou považovány za slabé kyseliny.

Naopak silné zásady jsou látky, které snadno odevzdávají OH- nebo přijímají vodíkové ionty. Hydroxid sodný (NaOH) a mnoho čisticích prostředků pro domácnost jsou silně alkalické a po vložení do vody rychle odevzdávají OH-, čímž zvyšují pH. Příkladem slabě zásaditého roztoku je mořská voda, jejíž pH se blíží hodnotě 8,0, což je hodnota natolik blízká neutrálnímu pH, že se v ní daří mořským organismům přizpůsobeným tomuto slanému prostředí.

Stupnice pH je, jak již bylo zmíněno, inverzní logaritmus a pohybuje se od 0 do 14 (obrázek 1). Vše, co je nižší než 7,0 (od 0,0 do 6,9), je kyselé a vše, co je vyšší než 7,0 (od 7,1 do 14,0), je zásadité. Extrémy pH v obou směrech od 7,0 jsou obvykle považovány za nehostinné pro život. pH uvnitř buněk (6,8) a pH v krvi (7,4) jsou obě velmi blízko neutrálnímu.

Prostředí v žaludku je však vysoce kyselé, s pH 1 až 2. Jak tedy buňky žaludku přežívají v tak kyselém prostředí? Jak v sobě homeostaticky udržují téměř neutrální pH? Odpověď zní, že to nedokážou a neustále umírají. Neustále vznikají nové žaludeční buňky, aby nahradily odumřelé, které jsou tráveny žaludečními kyselinami. Odhaduje se, že sliznice lidského žaludku se kompletně vymění každých sedm až deset dní.

Přispějte!

Vylepšete tuto stránkuZjistěte více