Кислотно-щелочное равновесие. Что такое рН

кислотно-щелочное равновесие или рНПриветствую Вас на страницах сайта «Здоровье и Молодость с Тенториум«!

Продолжим тему кислотно-щелочного равновесия (начало здесь). Тема эта большая, сложная и многогранная, поэтому мы к ней только прикоснёмся в ознакомительных целях, чтобы понять, что внутри нас происходит и как можно уберечь себя от многих проблем со здоровьем.

Согласитесь, что профилактика лучше, чем лечение!

Применительно к кислотно-щелочному равновесию или балансу вы, наверняка, встречали обозначение рН. Предлагаю более подробно с ним познакомиться и выяснить, причём здесь водород.

Полярность молекул воды

рН-баланс, молекула водыВода – удивительное вещество, которое образуется при соединении одного атома кислорода и двух атомов водорода (Н2О). В самом названии химического элемента просматривается его связь с водой: водород – рождающий воду.

Чем больше учёные изучают свойства воды, тем с большим количеством вопросов и загадок сталкиваются. Без воды нет жизни! Вода в нашем организме присутствует в клетках, тканях, органах, наполняет кровеносную и лимфатическую системы.

Исключительно важная роль воды в обеспечении процессов жизнедеятельности клетки и организма в целом обусловлена её физико-химическими свойствами.

рН-баланс, водород и кислород в молекуле водыВ молекуле воды (Н2О) атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Молекула воды полярна, так как атом кислорода имеет отрицательный заряд, а каждый из атомов водорода – положительный. Между атомом кислорода одной молекулы воды и атомом водорода другой молекулы воды образуется водородная связь.

Полярность молекул и способность образовывать водородные связи делают воду хорошим растворителем для огромного количества веществ. Благодаря полярности молекулы воды взаимодействуют с положительно и отрицательно заряженными ионами, способствуя тем самым растворению веществ.

Как растворитель, вода принимает участие в явлениях осмоса, то есть односторонней диффузии молекул воды через полупроницаемые клеточные мембраны в направлении раствора.

В воде всегда присутствует некоторое количество ионов водорода (Н+) и гидроксид-ионов (ОН-), которые образуются в результате обратимой диссоциации молекул воды.

Ион водорода (Н+), имеющий положительный заряд, стремится присоединить к себе электрон, то есть отрицательно заряженную элементарную частицу. Гидроксид-ион (ОН-), заряженный отрицательно, выступает в роли электрона и стремится притянуть к себе положительно заряженные
частицы.

Было определено, что в одном литре чистой воды при температуре 22 градуса Цельсия содержится 1·10-7 (10 в минус 7 степени) моль ионов водорода (Н+) и 1·10-7 (10 в минус 7 степени) моль гидроксид ионов (ОН-), то есть практически поровну.

Кислоты в водных растворах, как было замечено выше, имеют свойство распадаться на положительно заряженные ионы водорода и отрицательно заряженный кислотный остаток. Таким образом, содержание ионов водорода (Н+) в расчёте на один литр раствора становится больше, чем 1·10-7 моль, при этом уменьшается содержание гидроксид-ионов (ОН-).

При контакте оснований с водой в водном растворе появляются гидроксид-ионы (ОН-), которые связывают ионы водорода (Н+), присутствующие в чистой воде, и уменьшают их количество в щелочном растворе. В щелочных растворах содержание ионов водорода всегда меньше, чем 1·10-7 моль на литр.

Показатель рН

Концентрация ионов водорода в одном литре раствора очень мала и обычно имеет значение 1·10 в минус степени. Оперировать такими числами сложно, поэтому для количественной характеристики кислотности среды в начале ХХ века датский химик С. Сервисен предложил обозначение pH – вес водорода или сила водорода (pundus hydrogenium или potentia hydrogenium, соответственно) и шкалу от 0 до 14.

Численно pH равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода, выраженной в молях на литр:

pH = — Lg [H+]

Проще говоря, если концентрация ионов водорода в литре раствора составляет 1·10-7 моль (10 в минус 7 степени), то pH = 7, при концентрации, например, 1·10-3 моль (10 в минус 3 степени) pH = 3, при концентрации 1·10-12 моль (10 в минус 12 степени) pH = 12 и так далее.

Таким образом, каждое числовое значение pH отвечает определённому содержанию ионов водорода в одном литре раствора.

В чистой воде и нейтральных растворах pH = 7.

Водородный показатель pH отражает кислотно-щелочной баланс раствора, а не кислотность или щёлочность отдельно.

В растворах кислот увеличивается содержание ионов водорода и соответственно уменьшается содержание гидроксид-ионов. pH всегда МЕНЬШЕ 7.

В растворах щелочей уменьшается содержание ионов водорода, соответственно увеличивается содержание гидроксид-ионов. pH всегда БОЛЬШЕ 7.

Почему так: ионов водорода больше, а pH меньше нейтрального значения, и наоборот? Просто посмотрим, чему соответствуют 10-2 (в минус 2 степени), 10-3 (в минус 3 степени), 10-4 (в минус 4 степени), 10-5 (в минус 5 степени), 10-6 (в минус 6 степени) ,10-7 (в минус 7 степени) и так далее.

10-2 = 0.01
10-3 = 0.001
10-4 = 0.0001
10-5 = 0.00001
10-6 = 0.000001
10-7 = 0.0000001
10-8 = 0.00000001
10-9 = 0.000000001

То есть, чем в бОльшую отрицательную степень возводится число, тем меньше в количественном отношении вещества в растворе.

Теперь, надеюсь, разобрались и с этим вопросом: почему в растворе, pH которого = 2, концентрация положительно заряженных ионов водорода больше, чем в растворе, pH которого = 5 или 6.

Подведём небольшой итог.

Чем выше концентрация ионов водорода, тем ниже pH
pH = 7 соответствует чистой воде и нейтральным растворам.
pH > 7 характерен для щелочных (основных) растворов.
pH < 7 характерен для кислотных растворов.

Графически кислотно-щелочной баланс изображают в виде шкалы, разделённой на отрезки от 1 до 14. Цифра 7 в центре обозначает нейтральный показатель, значения от 0 до 6.9 соответствуют смещению в сторону кислот, от 7.1 до 14 – в сторону оснований или щелочей.

рН-баланс

Важно иметь ввиду, что последовательность величин на этой шкале логарифмическая, то есть показатель pH = 6 означает силу кислоты в 10 раз больше, чем pH = 7, pH = 5 в 100 раз больше нейтрального значения, а pH = 4 уже больше нейтрального в 1000 раз.

Кислородно-водородный показатель является параметром, по которому можно оценить состояние здоровья человека. В норме этот показатель имеет очень узкий «коридор» значений.

Одной из самых жёстких физиологических констант является pH крови.

Кислотность плазмы артериальной крови может колебаться в пределах от 7.35 до 7.45 pH, венозной крови – от 7.32 до 7.42 pH, составляя в среднем 7.40 pH.

Кровь бывает только щелочная.

Колебания рН в пределах 7.35 – 7.45 относится к зоне полной компенсации. При различных физиологических состояниях рН крови может смещаться как в кислую (до 7.3), так и в щелочную (до 7.5) сторону. Более значительные отклонения кислотно-щелочного равновесия сопровождаются тяжелейшими последствиями для организма. Сдвиг более чем на 0.4 считается несовместимым с жизнью (рН < 7.0 и > 7.7).

Кислотность большинства жидкостей внутри органов человека в норме близка к показателю pH крови.

Щелочной является желчь – от 8.0 до 9.0 pH.

Кислотой — желудочный сок, pH которого организм вынужден поддерживать в достаточно жестких границах, так как ферменты желудочного сока, работающие в «экстремальных» условиях взаимодействия с сильной соляной кислотой, могут функционировать только при pH от 1.0 до 2.0 (пепсин) и при pH 3.0 – 3.5 (гастриксин и химозин).

Моча у здорового человека в норме тоже «кислая» — pH находится в диапазоне от 5.0 до 6.0, но под влиянием пищи (прежде всего) может изменяться от 4.5 до 8.0 pH. Изменение кислотности мочи чаще всего соответствует изменению кислотности крови.

Смещаться в «кислую» сторону может pH слюны в полости рта, который в норме соответствует значениям от 6.8 до 7.4, но может изменяться до 6.2 – 6.0.

Изменение величины рН в клетках и органах зависит от образования в них в процессах обмена веществ «кислых» продуктов метаболизма.

Обмен веществ и энергии осуществляется в нашем организме постоянно. Сложные органические молекулы при этом расщепляются до более простых соединений: белки — до аминокислот, жиры, липиды — до жирных кислот, углеводы — до моносахаридов и так далее.

Многие окислительно-восстановительные реакции являются многоступенчатыми, при этом образуются промежуточные соединения, представляющие собой кислоты, например, углекислота при выработке энергии, глутаминовая кислота при катаболизме белков, мочевая кислота как продукт обмена пуриновых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот, пировиноградная кислота при расщеплении молекулы глюкозы и так далее.

Пировиноградная кислота в клетках мышц, например, восстанавливается в молочную кислоту. Многие, наверное, замечали неприятные болезненные ощущения в мышцах после непривычной физической нагрузки или интенсивных тренировок – это действие молочной кислоты.

Другими словами, в процессе обмена веществ образуется большое количество кислот, которые должны быть или использованы для нужд организма, или выведены с помощью органов выделения.

Защитные силы организма, которые «отвечают» за поддержание кислотно-щелочного равновесия в допустимых пределах, настроены на нейтрализацию и выведение, прежде всего, «кислых» продуктов метаболизма.

При смещении pH крови и других жидких сред, то есть при изменении содержания ионов водорода (Н+), на защиту встают буферные системы крови. Их задача – поддерживать кислотно-щелочное равновесие, пока продукты метаболизма не будут выведены или использованы в других обменных процессах.

О буферных системах крови и роли органов в регуляции кислотно-щелочного равновесия поговорим в следующих публикациях. Следите за обновлением сайта, а лучше — подпишитесь на новости, чтобы получить материал сразу после его размещения на сайте!

Главное — будьте здоровы!

Наталия Ополева

{lang: 'ru'}

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Яндекс

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *