Biology for Majors I

PH roztworu wskazuje jego kwasowość lub zasadowość.

Papier lakmusowy lub pH to bibuła filtracyjna, która została poddana działaniu naturalnego barwnika rozpuszczalnego w wodzie, dzięki czemu może być używana jako wskaźnik pH, aby sprawdzić, ile kwasu (kwasowość) lub zasady (zasadowość) istnieje w roztworze. Być może użyto go również do sprawdzenia, czy woda w basenie jest odpowiednio uzdatniona. W obu przypadkach, test pH mierzy stężenie jonów wodorowych w danym roztworze.

Jony wodorowe są spontanicznie generowane w czystej wodzie przez dysocjację (jonizacja) niewielkiego procentu cząsteczek wody na równą liczbę jonów wodorowych (H+) i jonów wodorotlenkowych (OH-). Podczas gdy jony wodorotlenkowe są utrzymywane w roztworze dzięki wiązaniu wodorowemu z innymi cząsteczkami wody, jony wodorowe, składające się z nagich protonów, są natychmiast przyciągane do niezjonizowanych cząsteczek wody, tworząc jony hydroniowe (H3O+). Nadal, zgodnie z konwencją, naukowcy odnoszą się do jonów wodorowych i ich stężenia tak, jakby były one wolne w tym stanie w ciekłej wodzie.

Stężenie jonów wodorowych dysocjujących z czystej wody wynosi 1 × 10-7 moli jonów H+ na litr wody. Mole (mol) są sposobem wyrażenia ilości substancji (którą mogą być atomy, cząsteczki, jony, itp.), przy czym jeden mol jest równy 6,02 x 1023 cząsteczek substancji. Dlatego 1 mol wody jest równy 6,02 x 1023 cząsteczek wody. Wartość pH oblicza się jako ujemną wartość logarytmu 10 podstawy tego stężenia. Log10 z 1 × 10-7 wynosi -7,0, a ujemna wartość tej liczby (oznaczona przez „p” z „pH”) daje pH 7,0, które jest również znane jako pH obojętne. pH wewnątrz komórek ludzkich i krwi są przykładami dwóch obszarów ciała, gdzie utrzymywane jest pH zbliżone do neutralnego.

Nieneutralne odczyty pH wynikają z rozpuszczenia kwasów lub zasad w wodzie. Używając ujemnego logarytmu do generowania dodatnich liczb całkowitych, wysokie stężenie jonów wodorowych daje niski numer pH, podczas gdy niskie poziomy jonów wodorowych skutkują wysokim pH. Kwas jest substancją, która zwiększa stężenie jonów wodorowych (H+) w roztworze, zazwyczaj poprzez dysocjację jednego z atomów wodoru. Zasada dostarcza jonów wodorotlenkowych (OH-) lub innych ujemnie naładowanych jonów, które łączą się z jonami wodorowymi, zmniejszając ich stężenie w roztworze, a tym samym podnosząc pH. W przypadkach, gdy zasada uwalnia jony wodorotlenkowe, jony te wiążą się z wolnymi jonami wodorowymi, tworząc nowe cząsteczki wody.

Rys. 1. Skala pH mierzy stężenie jonów wodorowych (H+) w roztworze.

Im silniejszy kwas, tym chętniej oddaje H+. Na przykład, kwas solny (HCl) całkowicie dysocjuje na jony wodorowe i chlorkowe i jest bardzo kwaśny, podczas gdy kwasy w soku pomidorowym lub occie nie dysocjują całkowicie i są uważane za słabe kwasy.

I odwrotnie, silne zasady to substancje, które łatwo oddają OH- lub pobierają jony wodorowe. Wodorotlenek sodu (NaOH) i wiele domowych środków czyszczących są silnie zasadowe i oddają OH- szybko po umieszczeniu w wodzie, podnosząc w ten sposób pH. Przykładem słabego roztworu zasadowego jest woda morska, która ma pH bliskie 8,0, na tyle bliskie neutralnemu pH, że organizmy morskie przystosowane do tego słonego środowiska mogą się w nim rozwijać.

Skala pH jest, jak wcześniej wspomniano, odwrotnością logarytmu i waha się od 0 do 14 (rysunek 1). Wszystko poniżej 7,0 (w zakresie od 0,0 do 6,9) jest kwaśne, a wszystko powyżej 7,0 (od 7,1 do 14,0) jest zasadowe. Skrajne wartości pH w obu kierunkach od 7,0 są zwykle uważane za nieprzyjazne dla życia. pH wewnątrz komórek (6,8) i pH we krwi (7,4) są bardzo bliskie neutralnego.

Jednakże środowisko w żołądku jest bardzo kwaśne, z pH 1 do 2. Więc jak komórki żołądka przetrwać w takim kwaśnym środowisku? Jak homeostatycznie utrzymują prawie neutralne pH w swoim wnętrzu? Odpowiedź brzmi: nie są w stanie tego zrobić i ciągle umierają. Nowe komórki żołądka są stale produkowane, aby zastąpić martwe, które są trawione przez kwasy żołądkowe. Szacuje się, że wyściółka ludzkiego żołądka jest całkowicie wymieniana co siedem do dziesięciu dni.

Przyczyń się!

Popraw tę stronęDowiedz się więcej