A vizes oldatok kémhatása

Értelmezzük a vizes oldatok kémhatását az ionkoncentrációkkal! Mi a vízionszorzat és mekkora az értéke?

 A kémiai gyakorlatban igen fontos a víz autodisszociációja (magától végbemenő ionokra bomlása):

H₂O <-> H⁺ +OH^–

 A hidrogén és hidroxidionok koncentrációjának szorzata adott hőfokon állandó érték, ezt nevezik a víz ionszorzatának.

 K=[H⁺]x[OH^–]

 E szorzat bármely vizes oldatban állandó, és lehetővé teszi, hogy nem csak savoldatok hidrogénion-koncentrációját, ill. pH-ját, hanem lúgoldatok hidroxóniumion-koncentrációjának ismeretében azok pH-ját is kiszámoljuk.

 A tiszta víz ionkoncentrációi tehát 25 °C-on: [H⁺]=[OH^–]=10-7mól/dm³

 A vizes oldatok hidrogén, ill. [OH^–]-koncentrációját a gyakorlatban nem a (mól/dm³)-koncentrációval, hanem annak negatív logaritmusával, a pH-val, ill. pOH-val adjuk meg.

 pH=-lg[H⁺] pOH=-lg[OH^–]

 Ezek értéke vízre: pH=pOH=7,0

 Savas oldatokra: pH <7>

 Lúgos oldatokra: pH> 7> pOH

A kettő közötti összefüggés 25 °C-on minden híg vizes oldatra:

pH+pOH=14

(Minél savasabb egy oldat, annál kisebb a pH-ja, minél lúgosabb egy oldat, annál nagyobb a pH-ja.)

Miért és hogyan változik meg a víz kémhatása, ha a) salétromsavat, b) NaOH-t oldunk benne?

• a) H₂O + HNO₃ = H₃O⁺ + NO3^–

Az oxóniumionok túlsúlya miatta kémhatás savas lesz. Vegyünk 1 dm³ oldatot, ebben 0,01 mól HNO3 van oldott állapotban. [H+]=0,01 mól/dm³ pH= -lg[H⁺]=-lg 0,01=2,0

• b) NaOH = Na+ +OH- A hidroxidionok túlsúlya miatt az oldat kémhatása lúgos lesz. Vegyünk 1 dm3 oldatot, ebben 0,01 mól NaOH van oldott állapotban. [OH^–]= 0,01 mól/dm³

pOH= – lg[OH^–]=2 pH=14-2=12

A sók egy része vízben oldva kémhatásváltozást okoz.

•  a, Na₂CO₃ – lúgos NH₄Cl – savas

 A sók hidrolízisekor a vízmolekulákból származó H⁺ megkötése következtében az a sav és a bázis keletkezik amelyik a sót létrehozta.

Hogyan mutatható ki a vizes oldatok kémhatása?

A pH-mérésére szolgálnak az indikátorok, melyek azok a természetes (például lakmusz) vagy mesterségesen előállított (például metilnarancs) gyengén savas vagy lúgos jellegű szerves vegyületek, amelyeknek disszociációja színváltozással jár.

 A pH közelítő pontosságú, gyors meghatározására alkalmasak az úgynevezett univerzális indikátorok. Az univerzális indikátor különböző átcsapási pH-jú indikátorok keverékéből áll, minél több különböző átcsapási pH.-jú anyag van benne, annál több pH-változást fog színváltozás alapján jelezni. Az univerzális indikátor forgalomba kerül oldat illetve indikátorpapír formájában. Mindkét esetben mellékelt, pontosan kalibrált színskála segítségével az oldatok pH-ja elég pontosan meghatározható.

Milyen szerepe van a kémhatásnak a biológiai folyamatokban?

Az emberi szervezet sejtjeiben és vérében a kémhatás enyhén lúgos, pH=7,40 (+- 0,02). Ettől az értéktől 0,4 eltérés már biztosan halálos. Az enzimek működéséhez optimális pH szükséges. A gyomor nyálkahártyájának fedősejtjei sósavat termelnek, így a gyomornedv kémhatása 1-2 –es pH-jú. A lizoszómák belsejében is savas a kémhatás, így el tudják pusztítani az endocitózissal bekerült kórokozókat. A hüvelyben élő tejsavtermelő baktériumok által létrehozott savas kémhatás megakadályozza a hüvelyben a kórokozó baktériumok és gombák elszaporodását.