Les acides et les alcalis sont deux positions extrêmes de la même échelle: leurs propriétés (complètement opposées) sont déterminées par la même valeur - la concentration en ions hydrogène (H+). Cependant, en soi, ce nombre est très gênant: même dans les environnements acides, où la concentration en ions hydrogène est plus élevée, ce nombre est de centièmes, millièmes d'unité. Par conséquent, pour plus de commodité, ils utilisent le logarithme décimal de cette valeur, multiplié par moins un. Il est d'usage de dire qu'il s'agit de pH (potentia Hydrogen), ou d'un indicateur d'hydrogène.
L'émergence du concept
En général, le fait qu'un environnement acide et un environnement alcalin sont déterminés par la concentration en ions hydrogène H + et que plus leur concentration est élevée, plus la solution est acide (et inversement, plus le H + est faible concentration, plus l'environnement est alcalin et plus la concentration des ions OH opposés -), est connue de la science depuis longtemps. Cependant, ce n'est qu'en 1909 que le chimiste danois Sørensen a publié pour la première fois des recherches dans lesquelles il a utilisé le concept d'indice d'hydrogène - PH, remplacé plus tard par pH.
Calcul de l'acidité
Lors du calcul de l'indice de pH, on suppose que les molécules d'eau en solution, bien qu'en très petites quantités, se dissocient encore en ions. Cette réaction s'appelle l'autoprotolyse de l'eau:
H2O H+ + OH-
La réaction est réversible, donc une constante d'équilibre est définie pour elle (montrant les concentrations moyennes de chaque composant). Voici la valeur de la constante pour les conditions standard - température 22 °C.
Ci-dessous entre crochets - concentrations molaires des composants indiqués. La concentration molaire de l'eau dans l'eau est d'environ 55 mol/litre, ce qui est une valeur de second ordre. Par conséquent, le produit des concentrations des ions H+ et OH- est d'environ 10-14. Cette valeur est appelée le produit ionique de l'eau.
Dans l'eau pure, les concentrations d'ions hydrogène et d'ions hydroxyde sont de 10-7. En conséquence, le pH de l'eau sera d'environ 7. Ce pH est considéré comme un environnement neutre.
Ensuite, vous devez détourner le regard de l'eau et envisager une solution d'acide ou d'alcali. Prenons, par exemple, l'acide acétique. Le produit ionique de l'eau restera le même, mais l'équilibre entre les ions H+ et OH- se déplacera vers le premier: les ions hydrogène proviennent de l'acide acétique partiellement dissocié, et les ions hydroxyde "supplémentaires" iront dans les molécules d'eau non dissociées. Ainsi, la concentration en ions hydrogène sera plus élevée et le pH sera plus faible (pas besoinoublier que le logarithme est pris avec un signe moins). En conséquence, acide et alcalin sont liés au pH. Et ils sont connectés de la manière suivante. Plus le pH est bas, plus l'environnement est acide.
Propriétés acides
Les environnements acides sont des solutions dont le pH est inférieur à 7. Il convient de noter que bien que la valeur du produit ionique de l'eau limite à première vue les valeurs de pH dans la plage de 1 à 14, en effet, il existe des solutions de pH inférieur à un (et même inférieur à zéro) et supérieur à 14. Par exemple, dans des solutions concentrées d'acides forts (sulfurique, chlorhydrique), le pH peut atteindre -2.
La solubilité de certaines substances peut dépendre du fait que nous ayons un environnement acide ou alcalin. Prenons par exemple les hydroxydes métalliques. La solubilité est déterminée par la valeur du produit de solubilité, qui a la même structure que le produit ionique de l'eau: concentrations multipliées. Dans le cas de l'hydroxyde, le produit de solubilité comprend la concentration de l'ion métallique et la concentration des ions hydroxyde. Dans le cas d'un excès d'ions hydrogène (dans un environnement acide), ils "extraient" plus activement les ions hydroxyde du précipité, déplaçant ainsi l'équilibre vers la forme dissoute, augmentant la solubilité du précipité.
Il convient également de mentionner que l'ensemble du tube digestif humain a un environnement acide: le pH du suc gastrique varie de 1 à 2. Un écart par rapport à ces valeurs vers le haut ou vers le bas peut être le signe de diverses maladies.
Propriétés du milieu alcalin
Bdans un environnement alcalin, la valeur du pH prend des valeurs supérieures à 7. Par commodité, dans les environnements à forte concentration en ions hydroxyde, l'indicateur pH d'acidité est remplacé par l'indicateur pH de basicité pOH. Il est facile de deviner qu'il désigne une valeur égale à -lg[OH-] (logarithme décimal négatif de la concentration en ions hydroxydes). Directement du produit ionique de l'eau découle l'égalité pH + pOH=14. Donc pOH=14 - pH. Ainsi, pour toutes les déclarations qui sont vraies pour l'indice de pH, les déclarations opposées sont vraies pour l'indice de basicité pOH. Si le pH d'un milieu alcalin est grand par définition, alors son pOH est évidemment petit, et plus la solution alcaline est forte, plus la valeur du pOH est faible.
Cette phrase vient d'introduire un paradoxe logique qui brouille de nombreuses discussions sur l'acidité: une faible acidité indique une forte acidité, et inversement: des valeurs de pH élevées correspondent à une faible acidité. Ce paradoxe apparaît parce que le logarithme est pris avec un signe moins, et l'échelle d'acidité est, pour ainsi dire, inversée.
Définition pratique de l'acidité
Les soi-disant indicateurs sont utilisés pour déterminer l'acidité du milieu. Ce sont généralement des molécules organiques assez complexes qui changent de couleur en fonction du pH du milieu. L'indicateur change de couleur sur une plage de pH très étroite: ceci est utilisé dans les titrages acide-base pour obtenir des résultats précis: le titrage est arrêté dès que l'indicateur change de couleur.
Les indicateurs les plus connus sont le méthyleorange (intervalle de transition dans la région à faible pH), phénolphtaléine (intervalle de transition dans la région à pH élevé), tournesol, thymol bleu et autres. Dans les environnements acides et les environnements alcalins, différents indicateurs sont utilisés en fonction de la zone dans laquelle se situe leur intervalle de transition.
Il existe également des indicateurs universels - ils changent progressivement de couleur du rouge au violet foncé lorsqu'ils passent d'un environnement fortement acide à un environnement fortement alcalin. En fait, les indicateurs universels sont un mélange d'indicateurs courants.
Pour une détermination plus précise de l'acidité, un appareil est utilisé - un pH-mètre (potentiomètre, la méthode, respectivement, est appelée potentiométrie). Son principe de fonctionnement est basé sur la mesure des CEM dans un circuit dont l'élément est une solution avec un pH mesuré. Le potentiel d'une électrode immergée dans une solution est sensible à la concentration d'ions hydrogène dans la solution - d'où le changement d'EMF, sur la base duquel le pH réel est calculé.
Acidité de divers environnements dans la vie quotidienne
L'indice d'acidité est d'une grande importance dans la vie de tous les jours. Par exemple, les acides faibles - acétique, malique - sont utilisés comme conservateurs. Les solutions alcalines sont des détergents, y compris le savon. Le savon le plus simple est constitué de sels de sodium d'acides gras. Dans l'eau, ils se dissocient: le résidu d'acide gras - très long - d'une part a une charge négative, et d'autre part - une longue chaîne non polaire d'atomes de carbone. Quel'extrémité de la molécule, au niveau de laquelle la charge participe à l'hydratation, recueille autour d'elle les molécules d'eau. L'autre extrémité se fixe à d'autres choses non polaires, comme les molécules de graisse. En conséquence, des micelles se forment - des boules, dans lesquelles des "queues" avec une charge négative dépassent, et des "queues" et des particules de graisse et de saleté sont cachées à l'intérieur. La surface est lavée de la graisse et de la saleté car le détergent lie toute la graisse et la saleté dans de telles micelles.
Acidité et santé
Il a déjà été mentionné que le pH est d'une grande importance pour le corps humain. En plus du tube digestif, il est important de contrôler l'indice d'acidité dans d'autres parties du corps: sang, salive, peau - les environnements acides et alcalins sont d'une grande importance pour de nombreux processus biologiques. Leur définition permet d'évaluer l'état du corps.
Maintenant, les tests de pH gagnent en popularité - les soi-disant tests express pour vérifier l'acidité. Ce sont des bandes régulières de papier indicateur universel.
