Химия по жизни. Как устроен наш быт, отношения, предметы и вещи с точки зрения химических реакций, атомов и молекул - Кейт Бибердорф

содержание гидроксид-ионов (OH-) выше, чем содержание ионов гидроксония (H3O+), и раствор является основанием. Основания чаще всего встречаются в шампунях, соленых озерах и большинстве средств для уборки.

Как мы уже обсуждали ранее, в зависимости от места, где вы живете, жесткость воды может меняться. Есть несколько исследований, в которых говорится, что употребление обычной чистой воды помогает минимизировать частоту изжоги. В воде таких компаний, как Essentia и AQUAhydrate, содержится большое количество ионов гидроксида, но это не из-за того, что они являются осно́вными. Компании намеренно добавляют минералы в воду, чтобы повысить ее pH. Лично я не переношу вкус водопроводной воды, так что обычно покупаю бутилированную «кислотную», например воду от Dasani и Aquafina. Небольшая пометка: когда питьевая вода достигает желудка, не имеет значения, каково было ее pH… Это только вопрос вкуса!

Конечно, если мы говорим о чистящих средствах, то pH раствора крайне важен. Сильные основания, например гидроксид натрия в Drano, имеют высокое значение pH – около 13 или 14. Именно поэтому в очистителе содержится высокая концентрация ионов. Чем больше в растворе гидроксид-ионов, тем выше будет его pH и тем агрессивнее вещество. Drano действует точно так же, как и лимонная кислота в канализации, только в разы сильнее. Вместо того, чтобы обволакивать минералы, плавно перемещая их по трубам, Drano просто срывает их с труб прямо как молодая девушка с разбитым сердцем срывает фото бывшего со стены.

Пищевая сода и аммиак представляют собой более слабые основания, чем гидроксид натрия. Именно поэтому их значение pH намного меньше, чем у Drano, но намного выше, чем у обычной воды. pH пищевой соды составляет 9, а pH аммиака – 11. Так как шкала pH логарифмическая, существует огромная разница между количеством гидроксид-ионов в растворе аммиака и в растворе гидроксида натрия.

Когда в растворе ионов гидроксония больше, чем ионов гидроксида, раствор считается кислотным. Это означает, что значение pH жидкости будет ниже 7. Примерами таких жидкостей являются уксус, фруктовые соки и томатный сок. Уксусная кислота и лимонная кислота считаются слабыми кислотами, а значение их pH составляет около 3.

Сильные кислоты, например соляная кислота, входящие в состав многих чистящих средств для унитазов, имеют значение pH от 0 до 1. Средства с соляной кислотой работают точно так же, как и другие кислоты, которые мы рассмотрели ранее. Соляная кислота реагирует с пятнами (и бактериями) на грязных унитазах. Она растворяет загрязнения и пятна, разрывая связи внутри молекул. После этого загрязнения легко смываются в канализацию.

Но что случится, если вы возьмете что-то очень кислотное и добавите его к основанию? Давайте представим, что мы решили сделать что-то глупое, например, смешали средство для чистки унитазов (очень кислотную соляную кислоту) с Drano (основание, гидроксид натрия). Когда эти две молекулы встретятся, начнется реакция нейтрализации. Она происходит каждый раз, когда друг с другом взаимодействуют кислота и основание. Свое название реакция получила из-за того, что pH раствора будет близок к 7, что является нейтральным показателем. В нашем примере мы используем сильную кислоту и сильное основание; в ходе химической реакции образуется соленая вода:

HCl + NaOH → NaCl + H2O

А теперь давайте удалим из нашего уравнения ионы наблюдатели. Они были названы так потому, что они не участвуют в реакции. Мы удаляем их для того, чтобы произошла реакция нейтрализации между сильной кислотой и сильным основанием. Получается следующее уравнение:

H++ OH—→ H2O

Выглядит как-то знакомо, правда? При смешении сильной кислоты с сильным основанием они нейтрализуют друг друга; получается раствор, состоящий из воды и небольшого количества соли (NaCl). Только посмотрев на это уравнение, я понимаю, почему многие могли подумать, что смешение средства для чистки унитазов с Drano будет отличной идей. В некоторых вещах вы были правы.

Проблема в том, что в каждом чистящем средстве содержится некоторое количество ПАВ, которые ни в коем случае нельзя смешивать друг с другом. В большинстве реакций нейтрализации получаемый раствор представляет собой не обычную воду. По правде говоря, в процессе реакции между слабой кислотой и слабым основанием образуется два (или более) продукта. Просто подумайте о чем-то обыденном, например: уксус + пищевая сода = вулканическая реакция. Мы уже рассматривали этот процесс ранее. Если мы добавим сильное основание или кислоту, то этот процесс станет по-настоящему опасным.

Вы можете удивиться, узнав, что существуют некоторые продукты, называемые буферами. Буферы представляют собой растворы, состоящие из кислоты и основания. Это не какая-то смесь, которую вы можете приготовить на своей кухне; буфер можно получить при смешении слабого основания и сопряженной кислоты или слабой кислоты и сопряженного основания. Помните, что эти молекулы называются сопряженными кислотно-основными парами из-за того, что различие их молекулярных форм заключается лишь в одном протоне. Прямо сейчас в вашем теле есть несколько естественных буферных систем, например фосфатный буфер, поддерживающий нормальный уровень pH в ваших почках и моче.

Буферные системы человеческого тела

Буферы играют огромную роль в регулировании pH нашей крови. Для этого организм использует углекислый газ, который мы выдыхаем, и совмещает его с водой. Продуктом реакции становится угольная кислота (H2CO3). Рассмотрим пример:

CO2 + H2O ↔ H2CO3

Как только образуется угольная кислота, она освобождает один протон, после чего образуется ион гидрокарбоната (HCO3—):

H2CO3 ↔ H++ HCO3—

В сочетании с предыдущей реакцией эта становится основой гидрокарбонатной буферной системы, поддерживающей в нашей крови pH 7,4.

Например, если вы сделаете что-то, из-за чего в крови повысится концентрация ионов водорода (Н+) (например, при тренировке), то pH естественным образов снизится (не забывайте, что кислоты имеют низкие значения pH). Когда это случается, на мгновение образуется угольная кислота, которая снова распадается на углекислый газ и воду:

H2CO3 ↔ CO2 + H2O

Затем углекислый газ выталкивается из капилляров в легкие, где газ выдыхается. В ходе этого процесса pH крови возвращается обратно к 7,4.

Если pH становится слишком высоким, это значит, что в плазме крови содержится слишком много ионов гидрокарбоната. Ион гидрокарбоната – это сопряженное основание, а значит, что у него будет высокий pH. В таком случае наше тело реагирует естественным образом: частота нашего дыхания изменяется, чтобы организм мог вернуть углекислый газ из легких в кровоток. Попадая туда, он быстро превращается в угольную кислоту, снижающую pH до нормального уровня.

Буферные растворы – это