pH ko‘rsatkichi nima

Indikator bilan rang berilgan, kislotaliligi turlicha bo‘lgan eritmalar solingan kolbalar

Vodorod ko‘rsatkichi yoki pH, — miqdoriy ko‘rsatkich bo‘lib, suvli eritmalarning kislotaliligini ifodalaydi.

Son jihatdan vodorod ionlari konsentratsiyasi o‘nli logarifmining manfiy qiymatiga teng bo‘ladi:

pH=−lg⁡ aH+.

Suvli eritmalar uchun (standart sharoitlarda):

Vodorod ko‘rsatkichini kislota-asos indikatorlari yordamida aniqlash yoki potensiometrik pH-metr bilan o‘lchash mumkin[manba 513 kundan beri ko‘rsatilmagan].

Tarixi

Vodorod ko‘rsatkichi haqidagi tasavvurlarning shakllanishiga ionlar nazariyasi asos soldi. U vodorod ionlari va gidroksid ionlari konsentratsiyalari orasidagi bog‘liqlikni aniqladi, Nernst tenglamasi esa shu konsentratsiyalarni hisoblash imkonini berdi. M. Le Blan kashfiyoti tufayli elektr yurituvchi kuchni (EYK) galvanik elementlarda o‘lchab, konsentratsiyani tajribada aniqlash mumkin bo‘ldi. Taxminan o‘sha davrda Arrenius, Y. Y. Viys, F. Kolraush va A. Geydveyler suvning dissotsiatsiya konstantasi (ion ko‘paytmasi) uchun 1,1·10−14—1,41·10−14.

Keyinchalik P. Sili bufer eritmalarini o‘rganish va amalda qo‘llashga asos bo‘lgan ilmiy ish yozdi. O. Fernbax va L. Yuben katalitik faolligi o‘zgarayotgan, solod ekstraktidan tayyorlangan fermentni kuzatib, bufer sig‘imi tushunchasiga yaqinlashdilar. Ular kislota yoki asos unga faqat ma’lum konsentratsiyadan yuqori bo‘lganda ta’sir qilishini payqashdi. Ammo olimlar buning sababini kislotaning tabiatida (aralashmada mono- va bifosfatlarning mavjudligida), S. Syorensen esa vodorod ionlari konsentratsiyasida deb hisobladi. Syorensen o‘z farazini isbotlash uchun eritmaning kislotaliligini ishonchli o‘lchash usuliga va vodorod ionlari konsentratsiyasi aniq ma’lum bo‘lgan eritma tayyorlash imkoniyatiga muhtoj edi (Syorensenning kremniy-fosfatli bufer eritmalari). Hisoblashni osonlashtirish uchun Syorensen pH birliklarini taklif qildi. Olim, shuningdek, vodorod ko‘rsatkichini −lg⁡ cH sifatida 1909-yilda, −lg⁡ aH sifatida esa 1924-yilda kiritdi.

Bu ko‘rsatkichning ahamiyatini birinchi bo‘lib biokimyogarlar e’tirof etdilar. Mazkur masalaga bag‘ishlangan ilk monografiya 1914-yildagi «Vodorod ionlari konsentratsiyasi haqida» («Die Wasserstoffionkon-zentration») asari bo‘ldi. Vodorod ko‘rsatkichi tushunchasining analitik jihatlarini yoritgan birinchi kitob esa I. Koltgoffning 1921-yilda nashr etilgan «Rangli indikatorlardan foydalanish» («Der Gebrauch von Farbindicator») monografiyasi edi.

pH va pOH o‘rtasidagi bog‘lanish tenglamalari

pH qiymatini keltirib chiqarish

Toza suvda vodorod ionlari konsentratsiyasi ([H+]) bilan gidroksid ionlari ([OH−]) konsentratsiyasi teng bo‘lib, 25 °C da har biri 10−7 mol/l ni tashkil etadi. Bu bevosita suvning ion ko‘paytmasi ta’rifidan kelib chiqadi: u [H+] · [OH−] ko‘paytmasiga teng bo‘lib, 10−14 mol2/l2 ga teng (25 °C da).

Eritmada har ikki turdagi ionlar konsentratsiyasi teng bo‘lsa, u neytral muhitga ega deyiladi. Suvga kislota qo‘shilganda vodorod ionlari konsentratsiyasi ortadi (aslida ionlarning o‘zi konsentratsiyasi emas — aks holda kislotalarning vodorod ionini «biriktirib olish» xususiyati bunga qanday sabab bo‘lishi mumkin edi — balki kislota bilan «birikkan» vodorod ionini saqlovchi birikmalar konsentratsiyasi ortadi), gidroksid ionlari konsentratsiyasi esa mos ravishda kamayadi. Suvga asos qo‘shilganda aksincha, gidroksid ionlari miqdori oshadi, vodorod ionlari konsentratsiyasi esa kamayadi. Agar [H+] > [OH−] bo‘lsa, eritma kislotali, agar [OH−] > [H+] — bo‘lsa, asosli hisoblanadi.

Manfiy daraja ko‘rsatkichidan qutulib, qiymatni qulayroq ifodalash uchun vodorod ionlari konsentratsiyasi o‘rniga uning ishorasi teskari olingan o‘nli logarifmi ishlatiladi; aynan shu qiymat vodorod ko‘rsatkichi — pH hisoblanadi.

pH=−lg⁡[H+][manba 513 kundan beri ko‘rsatilmagan]

pOH

Kamroq qo‘llanadigan pOH — eritmaning asoslik ko‘rsatkichi bo‘lib, pH ga teskari kattalikdir. U eritmadagi gidroksid ionlari konsentratsiyasining manfiy o‘nli logarifmiga teng. Gidroksid ionlari OH−:

pOH=−lg⁡[OH−]

Har qanday suvli eritmada 25 °C da [H+][OH−]=1,0⋅10−14 bo‘lgani uchun bu haroratda quyidagi munosabat o‘rinlidir:

pOH=14−pH[manba 513 kundan beri ko‘rsatilmagan]

Turli kislotalilikdagi eritmalarning pH qiymatlari

25 °C da (standart sharoitlarda) [H+] · [OH−] = 10−14 bo‘lgani uchun bu haroratda pH + pOH = 14 bo‘ladi.

Kislotali eritmalarda [H+] > 10−7 bo‘lgani uchun kislotali eritmalarda pH < 7, asosli eritmalarda pH > 7, neytral eritmalarda esa pH 7 ga teng bo‘ladi. Yuqoriroq haroratlarda suvning elektrolitik dissotsiatsiya konstantasi ortadi va suvning ion ko‘paytmasi ham oshadi. Shu bois neytral eritmada pH < 7 bo‘lib qoladi (bu H+ hamda OH− ionlari konsentratsiyalari bir vaqtda ortadi); harorat pasayganda esa neytral eritmaning pH qiymati oshadi[manba 513 kundan beri ko‘rsatilmagan].

pKa va pH orasidagi bog‘liqlik

pKa=−lg⁡(Ka) — kislotalilik konstantasining ko‘rsatkichi.

Xenderson — Xasselbax tenglamasi

pH=pKa+lg⁡([A−][HA])[manba 513 kundan beri ko‘rsatilmagan]

pH qiymatini aniqlash usullari

Eritmalarning pH qiymatini aniqlash uchun bir nechta usul keng qo‘llanadi. Vodorod ko‘rsatkichini indikatorlar yordamida taxminan baholash, pH-metr bilan aniq o‘lchash yoki kislota-asos titrlash orqali analitik usulda aniqlash mumkin.

  1. Vodorod ionlari konsentratsiyasini taxminiy baholashda kislota-asos indikatorlari — organik bo‘yoqlar keng qo‘llanadi. Ularning rangi muhitning pH qiymatiga bog‘liq. Eng mashhur indikatorlarga lakmus, fenolftalein, metil apelsini (metiloranj) va boshqalar kiradi. Indikatorlar ikki xil rangli shaklda — kislotali yoki asosli shaklda bo‘lishi mumkin. Har bir indikatorning rangi muayyan kislotalilik oralig‘ida o‘zgaradi; bu oraliq odatda 1-2 pH birligini tashkil etadi.
  2. pH ni o‘lchashning ishchi oralig‘ini kengaytirish uchun universal indikator deb ataladigan, bir nechta indikator aralashmasidan iborat vositadan foydalaniladi. Universal indikator kislotali muhitdan asosli muhitga o‘tishda qizil rangdan sariq, yashil, ko‘k orqali binafsha rangga qadar izchil o‘zgaradi. Loyqa yoki rangli eritmalarda indikator yordamida pH ni aniqlash qiyin.
  3. Maxsus asbob — pH-metr — yordamida indikatorlarga qaraganda pH ni kengroq diapazonda va aniqroq o‘lchash mumkin. pH ni aniqlashning ionometrik usuli millivoltmetr-ionometr yordamida EYKni o‘lchashga asoslanadi. Bunda galvanik zanjir tarkibiga maxsus shisha elektrod kiradi; uning potensiali atrofdagi eritmada H+ ionlari konsentratsiyasiga bog‘liq. Bu usul qulay va juda aniq bo‘lib, ayniqsa indikator elektrodi tanlangan pH oralig‘ida kalibrlangandan so‘ng yaxshi natija beradi. Shuningdek, u shaffof bo‘lmagan va rangli eritmalarning ham pH qiymatini o‘lchash imkonini bergani uchun keng qo‘llanadi.
  4. Analitik hajmiy usul — kislota-asos titrlash — ham eritmaning kislotaliligini aniq aniqlash imkonini beradi. Konsentratsiyasi ma’lum bo‘lgan eritma (titrant) tekshirilayotgan eritmaga tomchilab qo‘shiladi. Ular aralashganda kimyoviy reaksiya sodir bo‘ladi. Ekvivalentlik nuqtasi — titrant miqdori reaksiyani to‘liq yakunlash uchun aynan yetarli bo‘ladigan payt — indikator yordamida qayd etiladi. So‘ng qo‘shilgan titrant eritmasining konsentratsiyasi va hajmini bilgan holda eritmaning kislotaliligi hisoblanadi[manba 513 kundan beri ko‘rsatilmagan].
  5. pH ni o‘lchaydigan asboblar bo‘lmaganda, antotsianlarning suvli ekstraktlaridan foydalanish mumkin. Ular gullar, mevalar, barglar va poyalarga rang beradigan o‘simlik pigmentlaridir. Tuzilishining asosini piran halqasidagi kislorodi erkin valentlikka ega bo‘lgan flaviliy kationi tashkil etadi. Masalan, sianidin qizg‘ish-binafsha rangda bo‘ladi, biroq pH o‘zgarganda uning rangi ham o‘zgaradi: pH<3 da eritmalar qizil, pH 7-8 da binafsha, pH>11 da esa havorang bo‘ladi. Kislotali muhitda antotsianlar odatda turli tus va jadallikdagi qizil rangda, ishqoriy muhitda esa ko‘k rangda bo‘ladi. Bunday o‘zgarishlarni quyidagi o‘simliklarning rangli sharbatlariga kislota yoki ishqor qo‘shish orqali kuzatish mumkin: qoraqat, gilos, osh lavlagisi yoki qizilbosh karam.

Haroratning pH qiymatlariga ta’siri

Haroratning pH qiymatlariga ta’siri vodorod ionlarining (H+) turlicha dissotsiatsiyalanishi bilan izohlanadi va tajribadagi xato hisoblanmaydi. Harorat ta’sirini pH-metrning elektron tizimi yordamida bartaraf etib bo‘lmaydi[manba 513 kundan beri ko‘rsatilmagan].

Biologik ahamiyati

Tirik organizmlarda kislota-asos gomeostazi — biologik suyuqliklar, to‘qimalar va a’zolar pH qiymatining doimiy saqlanishini anglatadi. Inson organizmida bu ko‘rsatkich fermentativ reaksiyalarning tezligi va yo‘nalishiga, demak, modda almashinuvi jarayonlariga ham ta’sir qiladi.

Organizmdagi biologik suyuqliklar va to‘qimalarning pH qiymatlari
Biologik suyuqlikpH (me’yorda)
O‘t suyuqligi (o‘t yo‘llarida)7,4—8,5
O‘t suyuqligi (o‘t pufagida)5,4—6,9
Teri (hujayra ichidagi suyuqlik, turli qatlamlar)6,2—7,5
Sut6,6—6,9
Siydik4,8—7,5
So‘lak6,35—6,85
Ingichka ichak tarkibi7,0—8,0
Oshqozon osti bezi shirasi7,5—8,0
Orqa miya suyuqligi7,40 ± 0,05
Qon zardobi7,40 ± 0,05
Jigar (hujayra ichidagi suyuqlik)Kupfer hujayralari6,4—6,5
Jigar bo‘lakchalari chetidagi hujayralar7,1—7,4
Jigar bo‘lakchalari markazidagi hujayralar6,7—6,9
Sof me’da shirasi0,9—1,1

Qondagi pH ning boshqarilishi

Tinch holatda arterial qonning pH ko‘rsatkichi 7,4 ga, venoz qonniki esa 7,34 ga teng. pH ko‘rsatkichi 7,3 dan 7,5 gacha o‘zgarishi mumkin. Bu ko‘rsatkich insonning fiziologik holati bilan bog‘liq. Kislotali tomonga yanada kuchli og‘ish (6,95) yuz berganda hushdan ketish sodir bo‘ladi, yordam ko‘rsatilmasa — o‘lim yuz beradi; vodorod ionlari konsentratsiyasi keskin kamayib, pH (7,7) oshsa, kuchli tirishishlar (tetaniya) rivojlanadi va o‘lim xavfi paydo bo‘ladi.

Modda almashinuvi jarayonida qon tarkibiga kislotali almashinuv mahsulotlari tushadi. Biroq buyraklar va o‘pkalar qondan karbonat angidridni, ortiqcha kislota va asoslarni chiqarib turishi, shuningdek, qonda bufer tizimlari (gemoglobin, karbonat, fosfat buferlari) va plazma oqsillari mavjudligi tufayli qonning pH qiymati doimiy saqlanadi.

Adabiyotlar

  • Beyts R. pH ni aniqlash. Nazariya va amaliyot / Ingliz tilidan akad. B. P. Nikolskiy va prof. M. M. Shuls. — 2-nashr. — Leningrad: Ximiya, 1972.
  • Vasilyev, V. P.. Analitik kimyo. 2 kitobda. 1-kitob : Titrimetrik va gravimetrik tahlil usullari : Kimyo-texnologiya mutaxassisliklari talabalari uchun darslik. — 6-nashr, o‘zgarishsiz. — Moskva: Drofa, 2007. — 366, [2] bet. : rasmlar bilan. — 3000 nusxa. — ISBN 978-5-358-03521-8 (1-kitob). — ISBN 978-5-358-03520-1.