Kislotalar, asoslar, pH va buferlar

Siz kimyoviy laboratoriyaga umuman kirmagan boʻlsangiz ham, kislota va asoslar haqida eshitgan boʻlsangiz kerak. Misol uchun, apelsin sharbati yoki kola ichganmisiz? Agar shunday boʻlsa, siz baʼzi bir kislotali eritmalarni ham bilsangiz kerak. Pishiriq pishirishda isteʼmol sodasi yoki tuxum oqidan foydalangan boʻlsangiz, unda siz baʼzi bir asoslar bilan ham tanishsiz.

Siz kislotalilik xossasi mavjud mahsulotlarning nordon taʼmga moyilligini, asoslilik xossasi mavjud sovun yoki oqartiruvchi vositalarning esa sirpanchiqlik xususiyatiga ega ekanini ham bilsangiz kerak. Xoʻsh, kislotalilik yoki asoslilik xossalari oʻzi nimani anglatadi? Bu savolga javobni quyidagi qisqa maʼlumotlar orqali topamiz:

Ushbu taʼriflar qanday kelib chiqqanligini bilish uchun suvning kislota-asos xossalarini koʻzdan kechiramiz.

Kam miqdordagi suv molekulalarining dissotsilanishi (ionlashuvi) natijasida distillangan suvda oʻz-oʻzidan vodorod ionlari hosil boʻladi. Bu jarayon suvning avtoionlashuvi deb ataladi.

$\text{H}_2$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{O}$start text, O, end text $\text{(l)}$start text, left parenthesis, l, right parenthesis, end text $\rightleftharpoons$\rightleftharpoons $\text{H}^+$start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript $\text{(aq)}$start text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, end text + $\text{OH}^-$start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript $\text{(aq)}$start text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, end text

Qavslar ichidagi harf “l” suvning suyuqlik (inglizcha “liquid”) holatida ekanini va “aq” ionlar suvli eritmada (“aqueous” – suvli) ekanini anglatadi.

Tenglamada koʻrsatilganidek, dissotsilanish natijasida teng miqdorda vodorod ionlari (H$^+$start superscript, plus, end superscript) va gidroksid ionlari (OH$^ -$start superscript, minus, end superscript) hosil boʻladi. Gidroksid ionlari eritmada gidroksid ionlari sifatida erkin harakatlana oladi, vodorod ionlari esa toʻgʻridan toʻgʻri qoʻshni suv molekulalariga oʻtib gidroksoniy (H$_3$start subscript, 3, end subscriptO$^+$start superscript, plus, end superscript) ionlarni hosil qiladi. Aslida suvda erkin suzib yuruvchi H$^+$start superscript, plus, end superscript ionlari mavjud emas. Shunga qaramay, olimlar vodorod ionlari va konsentratsiyasini bildirish uchun H$^+$start superscript, plus, end superscript dan foydalanadi. Bu vodorod ionlari suvda erkin suzib yuradi degani emas.

Xoʻsh, idishdagi suv molekulalarining qancha qismi dissotsilanadi? Toza suvda dissotsilanish natijasida hosil boʻlgan vodorod ionlarining konsentratsiyasi 1 × 10$^{-7}$start superscript, minus, 7, end superscript M (1 l suv uchun mol)ga teng.

Bu koʻpmi yoki kammi? Bir litr toza suvdagi vodorod ionlarining soni biz odatda katta deb oʻylaydigan miqyosda (kvadrillionlar) boʻlsa-da, 1 litr suvdagi dissotsilangan va dissotsilanmagan molekulalarning soni 33,460,000,000,000,000,000,000,000$^{2,3}$start superscript, 2, comma, 3, end superscript atrofida. (Endi 1 stakan suv haqida oʻylab koʻrsa ham boʻladi!) Demak, toza suvdagi avtoionlashgan molekulalar soni har qanday miqdordagi suv molekulalari umumiy sonining juda kichik qismini tashkil qilarkan.

Eritmalar toza suvdagi vodorod ionlarining konsentratsiyasiga koʻra kislotali va asosli deb turlarga ajratiladi. Kislotali eritmalar suvga nisbatan H$^+$start superscript, plus, end superscript yuqori konsentratsiyaga ega (1 × 10 $^ {- 7}$start superscript, minus, 7, end superscript M dan yuqori), asosli (ishqoriy) eritmalar esa kamroq H$^+$start superscript, plus, end superscript konsentratsiyaga ega (1 × 10$^{-7}$start superscript, minus, 7, end superscript M dan kamroq). Odatda eritmalarning vodorod ioni konsentratsiyasi pH bilan ifodalanadi. pH eritma vodorod ioni konsentratsiyasining manfiy logarifmi sifatida hisoblanadi:

H$^+$start superscript, plus, end superscript ning atrofidagi kvadrat qavslar biz shunchaki uning konsentratsiyasini ifodalayotganimizni bildiradi. Agar siz ushbu tenglamaga vodorod ioni konsentratsiyasini (1 × 10$^{-7}$start superscript, minus, 7, end superscript M) qoʻysangiz, 7,0 qiymatini olasiz. Bu neytral pH yoki neytral eritma deb nomlanadi. Inson tanasidagi qon ham, hujayralar tarkibidagi sitozol (suvdan iborat “yopishqoq” suyuqlik) ham neytral pH koʻrsatkichiga yaqin qiymatga ega.

H $^ +$start superscript, plus, end superscript konsentratsiyasi suvli eritma (erituvchisi suv boʻlgan eritma)ga kislota yoki asos qoʻshilganda neytraldan uzoqlashadi. Eritmada kislota vodorod ionlari (H $^ +$start superscript, plus, end superscript) konsentratsiyasini oshiradi. Buning asosiy sababi kislota dissotsilanganda oʻzidan H$^+$start superscript, plus, end superscript ionini ajratib chiqaradi va ushbu eritmadagi vodorod ionlari konsentratsiyasi miqdori ortadi. Bu esa eritma pH ini pasaytiradi. Shuni unutmangki, vodorod ioni konsentratsiyasi ortishi pH ning kamayishiga sabab boʻladi. Asoslar esa, aksincha, pH miqdorini oshiradi. Asos dissotsilanganda gidroksidni (OH $^ -$start superscript, minus, end superscript) ajratib chiqaradi. Bu esa OH$^-$start superscript, minus, end superscript miqdorining H $^ +$start superscript, plus, end superscript dan koʻproq boʻlib qolishiga sabab boʻladi (Bu kislota va asoslarning biologiyada ishlatilishi boʻyicha soddalashtirilgan taʼrifi. Siz bu haqida toʻliq bilish uchun kimyo boʻlimiga tashrif buyuring.)

Kislota qancha kuchli boʻlsa, H $^ +$start superscript, plus, end superscript ajralishi ham shunchalik oson boʻladi. Masalan, xlorid kislotasi (HCl) suvga tushganda vodorod va xlorid ionlariga toʻla ajralib chiqadi, shuning uchun u kuchli kislota hisoblanadi. Pomidor sharbati yoki sirka tarkibidagi kislotalar suvda toʻliq ajralmaydi va ular kuchsiz kislotalar hisoblanadi. Xuddi shunga oʻxshab, gidroksid (NaOH) kabi kuchli asoslar suvda toʻliq ajralib chiqib, H $^ +$start superscript, plus, end superscript ni yuta oladigan gidroksid ionlarini (yoki boshqa asosiy ionlarni) ajratib chiqaradi.

pH shkalasi eritmalarni kislotaliligi yoki asosliligi (ishqoriyligi) boʻyicha tartiblash uchun ishlatiladi. pH qiymatiga asoslangani sababli bu shkala logarifmik boʻlib, 1 pH birligining oʻzgarishi H $^ +$start superscript, plus, end superscript ioni konsentratsiyasining oʻn baravar oʻzgarishiga olib keladi. Koʻpincha pH shkalasi 0 dan 14 gacha oraliqda hisoblanadi va koʻpgina eritmalar shu oraliqda boʻladi. Barcha 7,0 dan past boʻlgan eritmalar kislotali, 7,0 dan yuqori boʻlgan eritmalar esa ishqoriy yoki asosli hisoblanadi.

Inson hujayralaridagi pH (6,8) va qon tarkibidagi pH (7,4) neytralga juda yaqin. pH ning kutilmaganda 7,0 dan koʻtarilib yoki pastlab ketishi hayot uchun xavfli hisoblanadi. Ammo oshqozondagi muhit juda kislotali boʻlib, pH 1 dan 2 gacha oʻzgaradi. Oshqozon bu muammoni qanday hal qiladi? Javob: bir martali hujayralar yordamida! Oshqozon hujayralari, ayniqsa, oshqozon kislotasi va unga tushgan ozuqa bilan bevosita aloqada boʻlgan hujayralar doimo oʻlib, yangilari hosil boʻlib turadi. Aniqlanishicha, inson oshqozonining shilliq qavati har 7-10 kunda butunlay yangilanib turadi.

Aksariyat organizmlar, shu jumladan, odamlar ham tirik qolish uchun pH miqdorini bir xil meʼyorda ushlab turishi kerak. Masalan, inson qoni oʻzining 7,4 pH koʻrsatkichini bir xil ushlab turishi, qonga kislotali yoki asosli moddalarning aralashishi yoki qondan chiqib ketishidan qatʼi nazar, bu miqdorga sezilarli taʼsir koʻrsatishining oldini olishi kerak.

Buferlar biologik tizimlarda pH oʻzgarishiga qarshilik qiluvchi eritmalar boʻlib, H $^ +$start superscript, plus, end superscript ionlarining konsentratsiyasini bir maromda saqlab qolish uchun muhim omildir. Agar H$^+$start superscript, plus, end superscript ionlari koʻpayib ketsa, buferlar ularning baʼzilarini yutadi (biriktiradi) va pH miqdorini meʼyorlashtiradi, ionlar juda kam boʻlganda esa pH ni kamaytirish uchun buferlar oʻz H$^+$start superscript, plus, end superscript ionlarini beradi. Buferlar odatda kislota-asos juftligidan iborat boʻlib, kislota va asos protonning ( biriktiruvchi kislota-asos juftligi) mavjud yoki yoʻqligi bilan farq qiladi.

Masalan, inson qonidagi pH miqdorini meʼyorda ushlab turuvchi buferlar karbonat kislota H$_2$start subscript, 2, end subscriptCO$_3$start subscript, 3, end subscript va uning biriktiruvchi asosi – bikarbonat ionini (HCO$_3$start subscript, 3, end subscript$^-$start superscript, minus, end superscript) jalb etadi. Qon oqimiga karbonat angidrid (CO$_2$start subscript, 2, end subscript) kirib, suv bilan qoʻshilganda karbonat kislota (H$_2$start subscript, 2, end subscriptCO$_3$start subscript, 3, end subscript) hosil boʻladi.

Agar juda koʻp H $^ +$start superscript, plus, end superscript ionlari hosil boʻlsa, yuqoridagi tenglama oʻng tomonga suriladi va bikarbonat ionlari karbonat kislotasini hosil qilish uchun H $^ +$start superscript, plus, end superscriptni yutadi. Shunga oʻxshab, agar H $^ +$start superscript, plus, end superscript konsentratsiyalari juda pastlab ketsa, tenglama chap tomonga suriladi va karbonat kislota H$^+$start superscript, plus, end superscript ionlarini eritmaga bergan holda bikarbonatga aylanadi. Ushbu bufer tizimi boʻlmasa, organizmning pH muhiti oʻzgarib, organizm hayotiga salbiy taʼsir koʻrsatadi.