Asam dan basa adalah dua posisi ekstrim dari skala yang sama: sifat mereka (berlawanan sepenuhnya) ditentukan oleh nilai yang sama - konsentrasi ion hidrogen (H+). Namun, jumlah ini sendiri sangat merepotkan: bahkan di lingkungan asam, di mana konsentrasi ion hidrogen lebih tinggi, jumlah ini seperseratus, seperseribu unit. Oleh karena itu, untuk kenyamanan, mereka menggunakan logaritma desimal dari nilai ini, dikalikan dengan minus satu. Biasanya dikatakan bahwa ini adalah pH (potensi Hidrogen), atau indikator hidrogen.
Munculnya konsep
Secara umum, fakta bahwa lingkungan asam dan lingkungan basa ditentukan oleh konsentrasi ion hidrogen H + dan semakin tinggi konsentrasinya, semakin asam larutan (dan sebaliknya, semakin rendah H + konsentrasi, semakin basa lingkungan dan semakin tinggi konsentrasi ion OH berlawanan -), telah dikenal sains sejak lama. Namun, baru pada tahun 1909 ahli kimia Denmark Sørensen pertama kali menerbitkan penelitian di mana ia menggunakan konsep indeks hidrogen - PH, yang kemudian digantikan oleh pH.
Perhitungan keasaman
Saat menghitung indeks pH, diasumsikan bahwa molekul air dalam larutan, meskipun dalam jumlah yang sangat kecil, masih terdisosiasi menjadi ion. Reaksi ini disebut autoprotolisis air:
H2O H+ + OH-
Reaksi dapat dibalik, sehingga konstanta kesetimbangan ditentukan untuknya (menunjukkan konsentrasi rata-rata setiap komponen). Berikut adalah nilai konstanta untuk kondisi standar - suhu 22 °C.
Di bawah dalam tanda kurung siku - konsentrasi molar dari komponen yang ditunjukkan. Konsentrasi molar air dalam air kira-kira 55 mol/liter, yang merupakan nilai orde kedua. Oleh karena itu, produk dari konsentrasi ion H+ dan OH- adalah sekitar 10-14. Nilai ini disebut produk ionik air.
Dalam air murni, konsentrasi ion hidrogen dan ion hidroksida adalah 10-7. Dengan demikian, nilai pH air akan menjadi sekitar 7. Nilai pH ini dianggap sebagai lingkungan yang netral.
Selanjutnya, Anda perlu mengalihkan pandangan dari air dan mempertimbangkan larutan asam atau basa. Ambil contoh, asam asetat. Produk ionik air akan tetap sama, tetapi keseimbangan antara ion H+ dan OH- akan bergeser ke arah yang pertama: ion hidrogen akan berasal dari asam asetat yang terdisosiasi sebagian, dan ion hidroksida "ekstra" akan masuk ke molekul air yang tidak terdisosiasi. Dengan demikian, konsentrasi ion hidrogen akan lebih tinggi dan pH akan lebih rendah (tidak perlulupa bahwa logaritma diambil dengan tanda minus). Dengan demikian, asam dan basa berhubungan dengan pH. Dan mereka terhubung dengan cara berikut. Semakin rendah nilai pH, semakin asam lingkungan.
Sifat asam
Lingkungan asam adalah larutan dengan pH kurang dari 7. Perlu dicatat bahwa meskipun nilai produk ionik air pada pandangan pertama membatasi nilai pH dalam kisaran 1 hingga 14, pada kenyataannya, ada larutan dengan pH kurang dari satu (dan bahkan kurang dari nol) dan lebih besar dari 14. Misalnya, dalam larutan pekat asam kuat (sulfat, klorida) pH bisa mencapai -2.
Kelarutan zat tertentu mungkin bergantung pada apakah kita memiliki lingkungan asam atau basa. Misalnya, ambil hidroksida logam. Kelarutan ditentukan oleh nilai produk kelarutan, yang strukturnya sama dengan produk ion air: konsentrasi dikalikan. Dalam kasus hidroksida, produk kelarutan meliputi konsentrasi ion logam dan konsentrasi ion hidroksida. Dalam kasus kelebihan ion hidrogen (dalam lingkungan asam), mereka akan lebih aktif "menarik" ion hidroksida dari endapan, sehingga menggeser kesetimbangan ke arah bentuk terlarut, meningkatkan kelarutan endapan.
Perlu disebutkan juga bahwa seluruh saluran pencernaan manusia memiliki lingkungan asam: pH jus lambung berkisar dari 1 hingga 2. Penyimpangan dari nilai-nilai ini ke atas atau ke bawah dapat menjadi tanda berbagai penyakit.
Sifat media alkali
Bdalam lingkungan basa, nilai pH mengambil nilai lebih besar dari 7. Untuk kenyamanan, di lingkungan dengan konsentrasi ion hidroksida yang tinggi, indikator pH keasaman diganti dengan indikator pH kebasaan pOH. Mudah ditebak bahwa itu menunjukkan nilai yang sama dengan -lg[OH-] (logaritma desimal negatif dari konsentrasi ion hidroksida). Langsung dari produk ionik air mengikuti persamaan pH + pOH=14. Oleh karena itu pOH=14 - pH. Jadi, untuk semua pernyataan yang benar untuk indeks pH, pernyataan yang berlawanan adalah benar untuk indeks kebasaan pOH. Jika pH media alkali besar menurut definisi, maka pOH-nya jelas kecil, dan semakin kuat larutan alkali, semakin rendah nilai pOH.
Kalimat ini baru saja memperkenalkan paradoks logis yang membingungkan banyak diskusi tentang keasaman: keasaman rendah menunjukkan keasaman tinggi, dan sebaliknya: nilai pH tinggi sesuai dengan keasaman rendah. Paradoks ini muncul karena logaritma diambil dengan tanda minus, dan skala keasaman seolah-olah terbalik.
Definisi praktis keasaman
Yang disebut indikator digunakan untuk menentukan keasaman medium. Biasanya ini adalah molekul organik yang agak kompleks yang berubah warna tergantung pada pH medium. Indikator berubah warna pada rentang pH yang sangat sempit: ini digunakan dalam titrasi asam-basa untuk mencapai hasil yang akurat: titrasi dihentikan segera setelah indikator berubah warna.
Indikator yang paling terkenal adalah metilorange (interval transisi di daerah dengan pH rendah), fenolftalein (interval transisi di daerah dengan pH tinggi), lakmus, timol biru dan lain-lain. Dalam lingkungan asam dan lingkungan basa, indikator yang berbeda digunakan tergantung pada area di mana interval transisinya berada.
Ada juga indikator universal - mereka berubah warna secara bertahap dari merah ke ungu tua saat berpindah dari lingkungan asam kuat ke basa kuat. Faktanya, indikator universal adalah campuran dari indikator umum.
Untuk penentuan keasaman yang lebih akurat, perangkat digunakan - pengukur pH (potensiometer, metodenya, disebut potensiometri). Prinsip operasinya didasarkan pada pengukuran EMF dalam suatu rangkaian, yang elemennya adalah larutan dengan pH terukur. Potensial elektroda yang direndam dalam larutan sensitif terhadap konsentrasi ion hidrogen dalam larutan - oleh karena itu perubahan EMF, yang menjadi dasar penghitungan pH sebenarnya.
Keasaman berbagai lingkungan dalam kehidupan sehari-hari
Indeks keasaman sangat penting dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, asam lemah - asetat, malat - digunakan sebagai pengawet. Larutan alkali adalah deterjen, termasuk sabun. Sabun yang paling sederhana adalah garam natrium dari asam lemak. Dalam air, mereka berdisosiasi: residu asam lemak - sangat panjang - di satu sisi memiliki muatan negatif, dan di sisi lain - rantai panjang atom karbon non-polar. Ituujung molekul, di mana muatan berpartisipasi dalam hidrasi, mengumpulkan molekul air di sekitarnya. Ujung lainnya menempel pada hal-hal non-polar lainnya, seperti molekul lemak. Akibatnya, misel terbentuk - bola, di mana "ekor" dengan muatan negatif menonjol, dan "ekor" serta partikel lemak dan kotoran tersembunyi di dalamnya. Permukaan dibersihkan dari minyak dan kotoran karena deterjen mengikat semua minyak dan kotoran menjadi misel tersebut.
Keasaman dan kesehatan
Telah disebutkan bahwa pH sangat penting bagi tubuh manusia. Selain saluran pencernaan, penting untuk mengontrol indeks keasaman di bagian lain dari tubuh: darah, air liur, kulit - lingkungan asam dan basa sangat penting untuk banyak proses biologis. Definisi mereka memungkinkan Anda untuk menilai keadaan tubuh.
Sekarang tes pH semakin populer - yang disebut tes ekspres untuk memeriksa keasaman. Mereka adalah strip biasa dari kertas indikator universal.
