მჟავები და ტუტეები ერთი და იგივე მასშტაბის ორი უკიდურესი პოზიციაა: მათი თვისებები (სრულიად საპირისპირო) განისაზღვრება ერთი და იგივე მნიშვნელობით - წყალბადის იონების კონცენტრაციით (H+). თუმცა, თავისთავად ეს რიცხვი ძალიან მოუხერხებელია: მჟავე გარემოშიც კი, სადაც წყალბადის იონების კონცენტრაცია უფრო მაღალია, ეს რიცხვი ერთეულის მეასედი, მეათასედია. ამიტომ, მოხერხებულობისთვის, ისინი იყენებენ ამ მნიშვნელობის ათობითი ლოგარითმს, გამრავლებული მინუს ერთზე. ჩვეულებრივ უნდა ითქვას, რომ ეს არის pH (პოტენცია წყალბადი), ან წყალბადის მაჩვენებელი.
კონცეფციის გაჩენა
ზოგადად, ის ფაქტი, რომ მჟავე და ტუტე გარემო განისაზღვრება წყალბადის იონების H + კონცენტრაციით და რაც უფრო მაღალია მათი კონცენტრაცია, მით უფრო მჟავეა ხსნარი (და პირიქით, მით უფრო დაბალია H + კონცენტრაცია, რაც უფრო ტუტეა გარემო და მით უფრო მაღალია საპირისპირო OH იონების კონცენტრაცია -), მეცნიერებისთვის დიდი ხანია ცნობილია. თუმცა, მხოლოდ 1909 წელს დანიელმა ქიმიკოსმა სორენსენმა პირველად გამოაქვეყნა კვლევა, რომელშიც გამოიყენა წყალბადის ინდექსის კონცეფცია - PH, რომელიც მოგვიანებით შეიცვალა pH-ით.
მჟავიანობის გაანგარიშება
pH ინდექსის გაანგარიშებისას, ვარაუდობენ, რომ წყლის მოლეკულები ხსნარში, თუმცა ძალიან მცირე რაოდენობით, მაინც იშლება იონებად. ამ რეაქციას ეწოდება წყლის ავტოპროტოლიზი:
H2O H+ + OH-
რეაქცია შექცევადია, ამიტომ მისთვის არის განსაზღვრული წონასწორობის მუდმივი (გვიჩვენებს თითოეული კომპონენტის საშუალო კონცენტრაციას). აქ არის მუდმივის მნიშვნელობა სტანდარტული პირობებისთვის - ტემპერატურა 22 °C.
ქვემოთ კვადრატულ ფრჩხილებში - მითითებული კომპონენტების მოლური კონცენტრაციები. წყლის მოლური კონცენტრაცია წყალში არის დაახლოებით 55 მოლ/ლიტრი, რაც მეორე რიგის მნიშვნელობაა. ამრიგად, H+ და OH- იონების კონცენტრაციების პროდუქტი არის დაახლოებით 10-14. ამ მნიშვნელობას ეწოდება წყლის იონური პროდუქტი.
სუფთა წყალში წყალბადის იონების და ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციაა 10-7. შესაბამისად, წყლის pH მნიშვნელობა იქნება დაახლოებით 7. ეს pH მნიშვნელობა აღებულია როგორც ნეიტრალური გარემო.
შემდეგ, თქვენ უნდა აარიდოთ თვალი წყალს და განიხილოთ ზოგიერთი მჟავის ან ტუტის ხსნარი. მიიღეთ, მაგალითად, ძმარმჟავა. წყლის იონური პროდუქტი იგივე დარჩება, მაგრამ ბალანსი H+ და OH- იონებს შორის გადაინაცვლებს პირველზე: წყალბადის იონები გადაინაცვლებს. წარმოიქმნება ნაწილობრივ დისოცირებული ძმარმჟავას და "დამატებითი" ჰიდროქსიდის იონები გადავა არადისოცირებულ წყლის მოლეკულებში. ამრიგად, წყალბადის იონების კონცენტრაცია უფრო მაღალი იქნება და pH დაბალი (არ არის საჭიროდაივიწყეთ, რომ ლოგარითმი აღებულია მინუს ნიშნით). შესაბამისად, მჟავე და ტუტე დაკავშირებულია pH-თან. და ისინი დაკავშირებულია შემდეგი გზით. რაც უფრო დაბალია pH მნიშვნელობა, მით უფრო მჟავეა გარემო.
მჟავე თვისებები
მჟავე გარემო არის ხსნარები, რომელთა pH 7-ზე ნაკლებია. უნდა აღინიშნოს, რომ მიუხედავად იმისა, რომ წყლის იონური პროდუქტის ღირებულება ერთი შეხედვით ზღუდავს pH მნიშვნელობებს 1-დან 14-მდე დიაპაზონში, ფაქტობრივად, არსებობს ხსნარები, რომელთა pH ერთზე ნაკლები (და კიდევ ნულზე ნაკლები) და 14-ზე მეტია. მაგალითად, ძლიერი მჟავების (გოგირდის, მარილმჟავას) კონცენტრირებულ ხსნარებში pH შეიძლება მიაღწიოს -2.
გარკვეული ნივთიერებების ხსნადობა შეიძლება დამოკიდებული იყოს იმაზე, გვაქვს თუ არა მჟავე გარემო თუ ტუტე. მაგალითად, აიღეთ ლითონის ჰიდროქსიდები. ხსნადობა განისაზღვრება ხსნადობის პროდუქტის მნიშვნელობით, რომელიც სტრუქტურაში იგივეა, რაც წყლის იონური პროდუქტი: გამრავლებული კონცენტრაციები. ჰიდროქსიდის შემთხვევაში, ხსნადობის პროდუქტი მოიცავს ლითონის იონის კონცენტრაციას და ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციას. წყალბადის იონების სიჭარბის შემთხვევაში (მჟავე გარემოში), ისინი უფრო აქტიურად „გამოიყვანენ“ჰიდროქსიდის იონებს ნალექიდან, რითაც წონასწორობა გადაინაცვლებს გახსნილი ფორმისკენ, ზრდის ნალექის ხსნადობას.
აღსანიშნავია ისიც, რომ ადამიანის მთელ საჭმლის მომნელებელ ტრაქტს აქვს მჟავე გარემო: კუჭის წვენის pH მერყეობს 1-დან 2-მდე. ამ მნიშვნელობებიდან გადახრა ზემოთ ან ქვემოთ შეიძლება იყოს სხვადასხვა დაავადების ნიშანი.
ტუტე საშუალების თვისებები
Bტუტე გარემოში, pH-ის მნიშვნელობა იღებს 7-ზე მეტ მნიშვნელობებს. მოხერხებულობისთვის, ჰიდროქსიდის იონების მაღალი კონცენტრაციის მქონე გარემოში, მჟავიანობის pH ინდიკატორი იცვლება pOH ფუძეობის pH ინდიკატორით. ადვილი მისახვედრია, რომ ის აღნიშნავს მნიშვნელობას -lg[OH-] (ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციის უარყოფითი ათობითი ლოგარითმი). უშუალოდ წყლის იონური პროდუქტიდან გამომდინარეობს თანასწორობა pH + pOH=14. ამიტომ pOH=14 - pH. ამრიგად, ყველა დებულებისთვის, რომლებიც ჭეშმარიტია pH ინდექსისთვის, საპირისპირო განცხადებები მართალია pOH საფუძვლიანობის ინდექსისთვის. თუ ტუტე გარემოს pH განსაზღვრებით დიდია, მაშინ მისი pOH აშკარად მცირეა და რაც უფრო ძლიერია ტუტე ხსნარი, მით უფრო დაბალია pOH მნიშვნელობა.
ამ წინადადებამ ახლახან შემოიღო ლოგიკური პარადოქსი, რომელიც აბნევს ბევრ დისკუსიას მჟავიანობის შესახებ: დაბალი მჟავიანობა მიუთითებს მაღალ მჟავიანობაზე და პირიქით: მაღალი pH მნიშვნელობები შეესაბამება დაბალ მჟავიანობას. ეს პარადოქსი ჩნდება იმის გამო, რომ ლოგარითმი აღებულია მინუს ნიშნით, ხოლო მჟავიანობის სკალა, თითქოს, შებრუნებულია.
მჟავიანობის პრაქტიკული განმარტება
საშუალების მჟავიანობის დასადგენად გამოიყენება ე.წ. ჩვეულებრივ, ეს არის საკმაოდ რთული ორგანული მოლეკულები, რომლებიც ცვლის ფერს საშუალო pH-ის მიხედვით. ინდიკატორი ფერს იცვლის pH-ის ძალიან ვიწრო დიაპაზონში: იგი გამოიყენება მჟავა-ტუტოვანი ტიტრირებისას ზუსტი შედეგების მისაღწევად: ტიტრირება ჩერდება როგორც კი ინდიკატორი ფერს შეიცვლის.
ყველაზე ცნობილი მაჩვენებლებია მეთილინარინჯისფერი (გარდამავალი ინტერვალი რეგიონში დაბალი pH-ით), ფენოლფთალეინი (გარდამავალი ინტერვალი რეგიონში მაღალი pH-ით), ლაკმუსი, თიმოლის ლურჯი და სხვა. მჟავე გარემოში და ტუტე გარემოში გამოიყენება სხვადასხვა ინდიკატორი იმის მიხედვით, თუ რა ფართობზეა მათი გადასვლის ინტერვალი.
ასევე არსებობს უნივერსალური ინდიკატორები - ისინი თანდათან იცვლებიან ფერს წითელიდან ღრმა მეწამულამდე, როდესაც ძლიერ მჟავედან ძლიერ ტუტე გარემოში გადადიან. სინამდვილეში, უნივერსალური ინდიკატორები არის საერთო ინდიკატორების ნაზავი.
მჟავიანობის უფრო ზუსტი განსაზღვრისათვის გამოიყენება მოწყობილობა - pH მეტრი (პოტენციომეტრი, მეთოდს შესაბამისად პოტენციომეტრია ჰქვია). მისი მოქმედების პრინციპი ემყარება EMF-ის გაზომვას წრედში, რომლის ელემენტია ხსნარი გაზომილი pH-ით. ხსნარში ჩაძირული ელექტროდის პოტენციალი მგრძნობიარეა ხსნარში წყალბადის იონების კონცენტრაციის მიმართ - აქედან გამომდინარეობს EMF-ის ცვლილება, რომლის საფუძველზეც გამოითვლება რეალური pH.
სხვადასხვა გარემოს მჟავიანობა ყოველდღიურ ცხოვრებაში
მჟავიანობის ინდექსს დიდი მნიშვნელობა აქვს ყოველდღიურ ცხოვრებაში. მაგალითად, სუსტი მჟავები - ძმარმჟავა, ვაშლის - გამოიყენება კონსერვანტებად. ტუტე ხსნარები არის სარეცხი საშუალებები, მათ შორის საპონი. უმარტივესი საპონი არის ცხიმოვანი მჟავების ნატრიუმის მარილები. წყალში ისინი იშლება: ცხიმოვანი მჟავის ნარჩენი - ძალიან გრძელი - ერთის მხრივ აქვს უარყოფითი მუხტი, ხოლო მეორე მხრივ - ნახშირბადის ატომების გრძელი არაპოლარული ჯაჭვი. რომმოლეკულის ბოლო, რომელშიც მუხტი მონაწილეობს დატენიანებაში, აგროვებს წყლის მოლეკულებს მის გარშემო. მეორე ბოლო ემაგრება სხვა არაპოლარულ ნივთებს, როგორიცაა ცხიმის მოლეკულები. შედეგად წარმოიქმნება მიცელები – ბურთები, რომლებშიც „კუდები“უარყოფითი მუხტით გამოდის, შიგნით კი „კუდები“და ცხიმისა და ჭუჭყის ნაწილაკები იმალება. ზედაპირი ირეცხება ცხიმისა და ჭუჭყისგან იმის გამო, რომ სარეცხი საშუალება აკავშირებს ყველა ცხიმს და ჭუჭყს ასეთ მიცელებში.
მჟავიანობა და ჯანმრთელობა
უკვე აღინიშნა, რომ pH-ს დიდი მნიშვნელობა აქვს ადამიანის ორგანიზმისთვის. საჭმლის მომნელებელი ტრაქტის გარდა, მნიშვნელოვანია მჟავიანობის ინდექსის კონტროლი სხეულის სხვა ნაწილებში: სისხლს, ნერწყვს, კანს - მჟავე და ტუტე გარემოს დიდი მნიშვნელობა აქვს მრავალი ბიოლოგიური პროცესისთვის. მათი განმარტება საშუალებას გაძლევთ შეაფასოთ სხეულის მდგომარეობა.
ახლა პოპულარობას იძენს pH ტესტები - ეგრეთ წოდებული ექსპრეს ტესტები მჟავიანობის შესამოწმებლად. ისინი უნივერსალური ინდიკატორის ქაღალდის ჩვეულებრივი ზოლებია.
