Кислоты и щелочи

Многие думают, что кислота и щелочь — это что-то химическое и едкое. На самом деле — это противоположности, как горячая и холодная вода. Более того, мы ежедневно употребляем кислотные и щелочные вещества в пищу. Что при этом происходит, расскажем в данной части курса.

Полярность молекулы воды обуславливает некоторые ее аномальные свойства. Так, вода обладает необычно высокими температурами плавления и кипения; т. е. при тех условиях, когда вода должна быть газообразной, она остается жидкой, то же самое с переходом «твердая вода (лед) — жидкая вода». Такие аномалии происходят из-за того, что за счет полярности молекулы жидкой воды как будто частично структурируются, выстраивая «сети» из уголковых молекул.

Помимо аномальных физических свойств, полярность молекулы воды обуславливает ее химические свойства, а именно кислотно-основные. В растворе молекула воды способна диссоциировать, разделяясь на отрицательно заряженный гидроксо-анион и положительно заряженный протон, который тут же «прицепляется» к другой молекуле воды.

В среде можно создать избыток протонов или гидроксогрупп. Среда с повышенным содержанием протонов и протонированных форм воды является кислотой, с повышенным содержанием гидроксогрупп — щелочью. В случае, если двух видов частиц в среде поровну, говорят, что такая среда нейтральная (вода, в частности, является нейтральной).

В зависимости от соотношения в среде протонов и гидроксогрупп различают слабокислую, слабощелочную, кислую, щелочную, сильнокислую, сильнощелочную среды. Для количественной характеристики кислотности среды вводится понятие «водородный показатель», или pH. Математически водородный показатель вычисляется как отрицательный десятичный логарифм концентрации протонов. Чем выше pH, тем более щелочной будет среда, чем ниже pH, тем более кислотной.

Для приблизительной оценки концентрации водородных ионов широко используются кислотно-основные индикаторы — органические вещества-красители, цвет которых зависит от pH-среды. К наиболее известным индикаторам принадлежат лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый (метилоранж) и др. Индикаторы способны существовать в двух по-разному окрашенных формах — либо в кислотной, либо в основной. Изменение цвета каждого индикатора происходит в своем интервале кислотности, обычно составляющем 1–2 единицы.

Для расширения рабочего интервала измерения pH используют так называемый универсальный индикатор, представляющий собой смесь из нескольких индикаторов. Универсальный индикатор последовательно меняет цвет с красного через желтый, зеленый, синий до фиолетового при переходе из кислотной области в основную. Определение pH индикаторным методом затруднено для мутных или окрашенных растворов.

В человеческом организме в различных органах водородный показатель различен. Нормальный pH крови составляет 7,36, т. е. кровь имеет слабоосновную реакцию (с колебаниями от 7,34 у венозной крови до 7,40 у артериальной). В зависимости от биохимических изменений в крови может наблюдаться ацидоз (увеличение кислотности) или алкалоз (увеличение основности), однако совместимый с жизнью диапазон pH крови невелик, поскольку уже при уменьшении pH до 6,95 наступает потеря сознания, а смещение реакции крови в щелочную сторону до pH = 7,7 вызывает тяжелейшие судороги.