Biologie voor Majors I

De pH van een oplossing geeft de zuurgraad of de alkaliteit aan.

Litmus- of pH-papier is filtreerpapier dat behandeld is met een natuurlijke, in water oplosbare kleurstof, zodat het als pH-indicator gebruikt kan worden, om te testen hoeveel zuur (zuurgraad) of base (alkaliteit) er in een oplossing zit. Misschien heeft u het zelfs wel eens gebruikt om te testen of het water in een zwembad goed behandeld is. In beide gevallen meet de pH-test de concentratie van waterstofionen in een bepaalde oplossing.

Waterstofionen worden spontaan gegenereerd in zuiver water door de dissociatie (ionisatie) van een klein percentage watermoleculen in gelijke aantallen waterstof (H+) ionen en hydroxide (OH-) ionen. Terwijl de hydroxide-ionen in oplossing worden gehouden door hun waterstofbinding met andere watermoleculen, worden de waterstofionen, die uit naakte protonen bestaan, onmiddellijk aangetrokken tot niet-geïoniseerde watermoleculen, waarbij hydronium-ionen (H3O+) worden gevormd. Toch verwijzen wetenschappers volgens afspraak naar waterstofionen en hun concentratie alsof ze in deze toestand vrij zijn in vloeibaar water.

De concentratie waterstofionen die uit zuiver water scheiden is 1 × 10-7 mol H+ ionen per liter water. Mollen (mol) zijn een manier om de hoeveelheid van een stof uit te drukken (dit kunnen atomen, moleculen, ionen, enz. zijn), waarbij 1 mol gelijk is aan 6,02 x 1023 deeltjes van de stof. Daarom is 1 mol water gelijk aan 6,02 x 1023 watermoleculen. De pH wordt berekend als het negatieve van de basis 10 logaritme van deze concentratie. De log10 van 1 × 10-7 is -7,0, en het negatieve van dit getal (aangegeven met de “p” van “pH”) geeft een pH van 7,0, wat ook bekend staat als de neutrale pH. De pH in de menselijke cellen en het bloed zijn voorbeelden van twee gebieden van het lichaam waar een bijna neutrale pH wordt gehandhaafd.

Niet-neutrale pH-waarden zijn het resultaat van het oplossen van zuren of basen in water. Gebruikmakend van de negatieve logaritme om positieve gehele getallen te genereren, leveren hoge concentraties waterstofionen een laag pH-getal op, terwijl lage niveaus van waterstofionen resulteren in een hoge pH. Een zuur is een stof die de concentratie van waterstofionen (H+) in een oplossing verhoogt, gewoonlijk door één van zijn waterstofatomen te laten dissociëren. Een base levert ofwel hydroxide-ionen (OH-) of andere negatief geladen ionen die zich met waterstofionen combineren, waardoor hun concentratie in de oplossing daalt en daardoor de pH stijgt. In gevallen waarin de base hydroxide-ionen afgeeft, binden deze ionen zich aan vrije waterstofionen, waardoor nieuwe watermoleculen ontstaan.

Figuur 1. De pH-schaal meet de concentratie van waterstofionen (H+) in een oplossing.

Hoe sterker het zuur, des te gemakkelijker het H+ afstaat. Zoutzuur (HCl) bijvoorbeeld valt volledig uiteen in waterstof- en chloride-ionen en is zeer zuur, terwijl de zuren in tomatensap of azijn niet volledig uit elkaar vallen en als zwakke zuren worden beschouwd.

Omgekeerd zijn sterke basen die stoffen die gemakkelijk OH- afstaan of waterstofionen opnemen. Natriumhydroxide (NaOH) en veel huishoudelijke schoonmaakmiddelen zijn sterk alkalisch en geven snel OH- af als ze in water worden gedaan, waardoor de pH stijgt. Een voorbeeld van een zwak basische oplossing is zeewater, dat een pH heeft in de buurt van 8,0, dicht genoeg bij neutrale pH dat mariene organismen die zijn aangepast aan dit zoute milieu in staat zijn om erin te gedijen.

De pH-schaal is, zoals eerder vermeld, een omgekeerde logaritme en varieert van 0 tot 14 (figuur 1). Alles onder 7,0 (variërend van 0,0 tot 6,9) is zuur, en alles boven 7,0 (van 7,1 tot 14,0) is basisch. Extremen in pH in beide richtingen vanaf 7,0 worden gewoonlijk als onherbergzaam voor leven beschouwd. De pH in de cellen (6,8) en de pH in het bloed (7,4) liggen beide zeer dicht bij neutraal.

Het milieu in de maag is echter zeer zuur, met een pH van 1 tot 2. Dus hoe overleven de cellen van de maag in zo’n zure omgeving? Hoe houden zij homeostatisch de bijna neutrale pH binnenin hen in stand? Het antwoord is dat zij dit niet kunnen en voortdurend sterven. Er worden voortdurend nieuwe maagcellen aangemaakt ter vervanging van dode cellen, die door het maagzuur worden verteerd. Geschat wordt dat de bekleding van de menselijke maag elke zeven tot tien dagen volledig wordt vervangen.

Bijdraag bij!

Verbeter deze paginaLees meer