Säuren und Laugen sind zwei extreme Positionen auf derselben Skala: Ihre Eigenschaften (völlig entgegengesetzt) werden durch denselben Wert bestimmt - die Konzentration von Wasserstoffionen (H+). Diese Zahl an sich ist jedoch sehr unpraktisch: Selbst in sauren Umgebungen, wo die Konzentration an Wasserstoffionen höher ist, beträgt diese Zahl Hundertstel, Tausendstel einer Einheit. Daher verwenden sie der Einfachheit halber den dezimalen Logarithmus dieses Werts, multipliziert mit minus eins. Es ist üblich zu sagen, dass dies der pH-Wert (potentia Hydrogen) oder ein Wasserstoffindikator ist.
Die Entstehung des Begriffs
Im Allgemeinen gilt die Tatsache, dass ein saures Milieu und ein alkalisches Milieu durch die Konzentration der Wasserstoffionen H + bestimmt werden und dass je höher ihre Konzentration, desto saurer die Lösung ist (und umgekehrt, desto niedriger der H + Konzentration, je alkalischer die Umgebung und desto höher die Konzentration an entgegengesetzten OH-Ionen -), ist der Wissenschaft seit langem bekannt. Der dänische Chemiker Sørensen veröffentlichte jedoch erst 1909 Forschungsarbeiten, in denen er das Konzept eines Wasserstoffindex – PH, später durch pH ersetzt – verwendete.
Säureberechnung
Bei der Berechnung des pH-Index wird davon ausgegangen, dass Wassermoleküle in Lösung, wenn auch in sehr geringen Mengen, noch in Ionen dissoziieren. Diese Reaktion nennt man Wasserautoprotolyse:
H2O H+ + OH-
Die Reaktion ist reversibel, daher wird eine Gleichgewichtskonstante dafür definiert (die die durchschnittlichen Konzentrationen jeder Komponente zeigt). Hier ist der Wert der Konstante für Standardbedingungen - Temperatur 22 °C.
Unten in eckigen Klammern - molare Konzentrationen der angegebenen Komponenten. Die molare Konzentration von Wasser in Wasser beträgt etwa 55 Mol/Liter, was ein Wert zweiter Ordnung ist. Daher beträgt das Produkt der Konzentrationen von H+- und OH--Ionen etwa 10-14. Dieser Wert wird als Ionenprodukt von Wasser bezeichnet.
In reinem Wasser beträgt die Konzentration von Wasserstoffionen und Hydroxidionen 10-7. Dementsprechend beträgt der pH-Wert des Wassers etwa 7. Dieser pH-Wert wird als neutrales Milieu angenommen.
Als nächstes musst du vom Wasser wegschauen und eine Lösung mit etwas Säure oder Lauge in Betracht ziehen. Nehmen Sie zum Beispiel Essigsäure. Das Ionenprodukt von Wasser bleibt gleich, aber das Gleichgewicht zwischen den Ionen H+ und OH- verschiebt sich zu ersteren: Wasserstoffionen werden sich verschieben stammen von teilweise dissoziierter Essigsäure, und "zusätzliche" Hydroxidionen gehen in nicht dissoziierte Wassermoleküle über. Somit ist die Konzentration an Wasserstoffionen höher und der pH-Wert niedriger (keine Notwendigkeitvergessen, dass der Logarithmus mit Minuszeichen gebildet wird). Dementsprechend hängen sauer und alkalisch mit dem pH-Wert zusammen. Und sie sind auf folgende Weise verbunden. Je niedriger der pH-Wert, desto saurer die Umgebung.
Säureeigenschaften
Saure Umgebungen sind Lösungen mit einem pH-Wert von weniger als 7. Es sollte beachtet werden, dass, obwohl der Wert des Ionenprodukts von Wasser auf den ersten Blick die pH-Werte im Bereich von 1 bis 14 begrenzt, Tatsächlich gibt es Lösungen mit einem pH-Wert von weniger als eins (und sogar weniger als null) und mehr als 14. Beispielsweise kann der pH-Wert in konzentrierten Lösungen starker Säuren (Schwefelsäure, Salzsäure) -2 erreichen.
Die Löslichkeit bestimmter Substanzen kann davon abhängen, ob wir ein saures oder alkalisches Milieu haben. Nehmen Sie zum Beispiel Metallhydroxide. Die Löslichkeit wird durch den Wert des Löslichkeitsprodukts bestimmt, das die gleiche Struktur wie das Ionenprodukt von Wasser hat: multiplizierte Konzentrationen. Im Fall von Hydroxid umfasst das Löslichkeitsprodukt die Konzentration des Metallions und die Konzentration der Hydroxidionen. Im Falle eines Überschusses an Wasserstoffionen (in einer sauren Umgebung) "ziehen" sie aktiver Hydroxidionen aus dem Niederschlag heraus, wodurch das Gleichgewicht in Richtung der gelösten Form verschoben wird, wodurch die Löslichkeit des Niederschlags erhöht wird.
Erwähnenswert ist auch, dass der gesamte menschliche Verdauungstrakt ein saures Milieu aufweist: Der pH-Wert des Magensaftes liegt zwischen 1 und 2. Eine Abweichung von diesen Werten nach oben oder unten kann ein Zeichen für verschiedene Erkrankungen sein.
Eigenschaften des alkalischen Mediums
BIn einer alkalischen Umgebung nimmt der pH-Wert Werte über 7 an. Der Einfachheit halber wird in Umgebungen mit einer hohen Konzentration an Hydroxidionen der pH-Indikator der Säure durch den pH-Indikator der Basizität pOH ersetzt. Es ist leicht zu erraten, dass es sich um einen Wert gleich -lg[OH-] (negativer dezimaler Logarithmus der Konzentration von Hydroxidionen) handelt. Aus dem Ionenprodukt Wasser folgt direkt die Gleichheit pH + pOH=14. Daher pOH=14 - pH. Somit gelten für alle Aussagen, die für den pH-Index gelten, die entgegengesetzten Aussagen für den pOH-Basizitätsindex. Wenn der pH-Wert eines alkalischen Mediums definitionsgemäß groß ist, dann ist sein pOH-Wert offensichtlich klein, und je stärker die Alkalilösung ist, desto niedriger ist der pOH-Wert.
Dieser Satz hat gerade ein logisches Paradoxon eingeführt, das viele Diskussionen über Säuregeh alt verwirrt: Niedrige Säure bedeutet hohe Säure, und umgekehrt: Hohe pH-Werte entsprechen niedriger Säure. Dieses Paradoxon erscheint, weil der Logarithmus mit Minuszeichen genommen wird und die Säureskala sozusagen invertiert wird.
Praktische Definition des Säuregeh alts
Sogenannte Indikatoren werden verwendet, um den Säuregeh alt des Mediums zu bestimmen. In der Regel handelt es sich dabei um recht komplexe organische Moleküle, die je nach pH-Wert des Mediums ihre Farbe ändern. Der Indikator ändert seine Farbe über einen sehr engen pH-Bereich: Dies wird bei Säure-Base-Titrationen verwendet, um genaue Ergebnisse zu erzielen: Die Titration wird gestoppt, sobald der Indikator die Farbe ändert.
Die bekanntesten Indikatoren sind MethylOrange (Übergangsintervall im Bereich mit niedrigem pH-Wert), Phenolphthalein (Übergangsintervall im Bereich mit hohem pH-Wert), Lackmus, Thymolblau und andere. Im sauren Milieu und im alkalischen Milieu werden unterschiedliche Indikatoren verwendet, je nachdem in welchem Bereich ihr Übergangsintervall liegt.
Es gibt auch universelle Indikatoren - sie ändern ihre Farbe allmählich von rot nach tiefviolett, wenn sie von stark sauren zu stark alkalischen Umgebungen wechseln. Tatsächlich sind universelle Indikatoren eine Mischung aus gebräuchlichen.
Zur genaueren Bestimmung des Säuregeh alts wird ein Gerät verwendet - ein pH-Meter (Potentiometer, die Methode wird als Potentiometrie bezeichnet). Sein Funktionsprinzip basiert auf der Messung von EMF in einem Kreislauf, dessen Element eine Lösung mit einem gemessenen pH-Wert ist. Das Potential einer in eine Lösung eingetauchten Elektrode ist empfindlich gegenüber der Konzentration von Wasserstoffionen in der Lösung - daher die Änderung der EMF, auf deren Grundlage der tatsächliche pH-Wert berechnet wird.
Übersäuerung verschiedener Umgebungen im Alltag
Der Säureindex ist im Alltag von großer Bedeutung. Als Konservierungsmittel werden beispielsweise schwache Säuren - Essigsäure, Äpfelsäure - verwendet. Alkalische Lösungen sind Reinigungsmittel, einschließlich Seife. Die einfachste Seife sind Natriumsalze von Fettsäuren. In Wasser dissoziieren sie: Der Fettsäurerest – sehr lang – hat einerseits eine negative Ladung und andererseits – eine lange unpolare Kette von Kohlenstoffatomen. DassDas Ende des Moleküls, an dem die Ladung an der Hydratation teilnimmt, sammelt Wassermoleküle um sich herum. Das andere Ende haftet an anderen unpolaren Dingen, wie Fettmolekülen. Als Ergebnis bilden sich Mizellen - Kugeln, in denen "Schwänze" mit negativer Ladung herausragen und in denen "Schwänze" und Fett- und Schmutzpartikel verborgen sind. Die Oberfläche wird von Fett und Schmutz befreit, da das Reinigungsmittel sämtliches Fett und Schmutz in solchen Mizellen bindet.
Übersäuerung und Gesundheit
Es wurde bereits erwähnt, dass der pH-Wert für den menschlichen Körper von großer Bedeutung ist. Neben dem Verdauungstrakt ist es wichtig, den Säuregeh alt auch in anderen Körperteilen zu kontrollieren: Blut, Speichel, Haut – saure und basische Milieus sind für viele biologische Prozesse von großer Bedeutung. Ihre Definition ermöglicht es Ihnen, den Zustand des Körpers zu beurteilen.
Jetzt werden pH-Tests immer beliebter - die sogenannten Express-Tests zur Überprüfung des Säuregeh alts. Es sind normale Streifen aus universellem Indikatorpapier.
