04Основная тема

Кислоты, основания и pH

Почему лимон кислый? Почему мыло скользкое? Ответы — в химии кислот и оснований, одной из самых практически важных областей.

Что такое кислоты?

Кислота — вещество, которое отдаёт ионы водорода (H⁺) при растворении в воде. Чем больше H⁺ она отдаёт, тем сильнее. Кислоты кислые на вкус, окрашивают синюю лакмусовую бумагу в красный и реагируют с металлами с выделением водорода.

Соляная кислота

HCl

Желудочный сок, промышленная очистка

Серная кислота

H₂SO₄

Автомобильные аккумуляторы, удобрения

Уксусная кислота

CH₃COOH

Уксус (слабая кислота)

Лимонная кислота

C₆H₈O₇

Лимоны, консервирование

Азотная кислота

HNO₃

Удобрения, взрывчатка

Угольная кислота

H₂CO₃

Газированные напитки, регуляция pH крови

Что такое основания?

Основание (щёлочь) — вещество, которое принимает ионы водорода (H⁺) или отдаёт гидроксид-ионы (OH⁻) в растворе. Основания скользкие на ощупь, горькие на вкус, окрашивают красный лакмус в синий и реагируют с кислотами при нейтрализации.

Гидроксид натрия

NaOH

Средство для труб, мыловарение

Аммиак

NH₃

Моющие средства, удобрения

Гидроксид кальция

Ca(OH)₂

Известковая вода, цемент

Бикарбонат натрия

NaHCO₃

Пищевая сода, антациды

Гидроксид магния

Mg(OH)₂

Магнезия (антацид)

Гидроксид калия

KOH

Мыловарение, батареи

Шкала pH

Шкала pH измеряет кислотность и щёлочность раствора от 0 до 14. pH 7 — нейтрально (чистая вода). Ниже 7 — кислая среда; выше 7 — щелочная. Шкала логарифмическая: каждая единица — изменение концентрации H⁺ в 10 раз. pH 3 в 10 раз кислее pH 4 и в 100 раз кислее pH 5.

Аккумуляторная кислота

Желудочный сок

Лимонный сок

Уксус

Томатный сок

Кофе

Молоко

Чистая вода

Морская вода

Сода пищевая

Магнезия

Аммиак

Мыльная вода

Отбеливатель

Средство для труб

← КИСЛАЯНЕЙТРАЛЬНАЯЩЕЛОЧНАЯ →

Key Fact

pH крови жёстко удерживается в диапазоне 7,35–7,45. Отклонение на 0,4 единицы может быть смертельным. У тела сложные буферные системы для поддержания этого диапазона.

Сильные и слабые кислоты и основания

Сила кислоты или основания говорит о том, насколько полно вещество ионизируется в воде, а не о его концентрации.

Сильные кислоты

Полностью ионизируются в воде. Каждая молекула отдаёт H⁺.

HCl, HNO₃, H₂SO₄, HBr, HI, HClO₄

Слабые кислоты

Ионизируются лишь частично. Большинство молекул остаются целыми.

CH₃COOH (уксус), H₂CO₃ (угольная), HF

Сильные основания

Полностью ионизируются. Каждая молекула отдаёт OH⁻.

NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂

Слабые основания

Ионизируются лишь частично. Классический пример — аммиак.

NH₃ (аммиак), многие амины

Реакции нейтрализации

Когда кислота и основание реагируют, они нейтрализуют друг друга, образуя соль и воду. H⁺ из кислоты соединяется с OH⁻ из основания, давая H₂O.

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Соляная кислота + Гидроксид натрия → Поваренная соль + Вода

Example

Антациды работают через нейтрализацию. При изжоге (избыток HCl в желудке) антацид Mg(OH)₂ нейтрализует кислоту: 2HCl + Mg(OH)₂ → MgCl₂ + 2H₂O

Буферы

Буфер — раствор, устойчивый к изменению pH при добавлении небольших количеств кислоты или основания. Буферы содержат слабую кислоту и её сопряжённое основание (или слабое основание и его сопряжённую кислоту).

Буферы жизненно важны в биологии. Кровь использует карбонатный буфер (H₂CO₃/HCO₃⁻) для поддержания pH 7,4. В клетках работают фосфатные буферы. Многие производства требуют точного pH.

Кислоты и основания в жизни

→Уксус (уксусная кислота) сохраняет продукты и используется для уборки
→Пищевая сода нейтрализует кислоты при выпечке
→Зубная паста слегка щелочная — нейтрализует кислоты, разрушающие эмаль
→Бассейны держат при pH 7,2–7,8 — чтобы не раздражало глаза
→pH почвы влияет на растения: большинство любят слабокислую почву (pH 6–7)
→Кислотные дожди (pH < 5,6) разрушают экосистемы и здания
→Желудок поддерживает pH 1,5–3,5 — переваривает белки и убивает бактерии