Роль pH в химии и биологии

Кислотность среды имеет большое значение для множества химических процессов, и возможность протекания или результат той или иной реакции часто зависит от pH среды. Для поддержания определенного значения pH в реакционной системе при проведении лабораторных исследований или на производстве применяют буферные растворы, которые позволяют сохранять практически постоянное значение pH при разбавлении или при добавлении в раствор небольших количеств кислоты или щелочи.

Водородный показатель pH широко используется для характеристики кислотно-основных свойств различных биологических сред.

Кислотность реакционной среды особое значение имеет для биохимических реакций, протекающих в живых системах. Концентрация в растворе ионов водорода часто оказывает влияние на физико-химические свойства и биологическую активность белков и нуклеиновых кислот, поэтому для нормального функционирования организма поддержание кислотно-основного гомеостаза является задачей исключительной важности. Динамическое поддержание оптимального pH биологических жидкостей достигается благодаря действию буферных систем организма.

Кислотность природных вод с рН более чем 4,5 зависит в основном от содержания двуокиси углерода и в некоторых случаях от присутствия гуминовых и других слабых органических кислот. Если рН воды менее чем 4,5, в ней содержатся также сильные кислоты и соли сильных кислот и слабых оснований.

Различают следующие виды кислотности.

1. Общая кислотность – эквивалентна расходу сильного основания (например, NaOH) на реакцию с сильными и слабыми кислотами (включая CO₂) при доведении рН раствора до 8,3.

2. Свободная кислотность - эквивалентна расходу сильного основания (например, NaOH) на реакцию только с сильными кислотами при доведении рН от величины менее 4,5 до рН = 4,5.

3. Кислотность, зависящая от слабых нелетучих кислот (гуминовых и др.) Концентрация их эквивалентна расходу сильного основания на титрование пробы воды после удаления с нее свободной двуокиси углерода, от рН 4,5 до рН 8,3.

4. Свободная двуокись углерода. содержание ее равно общей кислотности, за вычетом свободной кислотности и кислотности, зависящей от гуминовой и других нелетучих кислот (при наличии в воде свободного сероводорода вычитается также его концентрация).

5. Агрессивная двуокись углерода - часть свободной двуокиси углерода, свободная растворять карбонат кальция.

Определение всех видов кислотности производят титрованием проб воды растворами сильных оснований.

Под общей щелочностью воды понимают сумму содержащихся в ней анионов гидрокарбонатных, карбонатных и других слабых кислот, реагирующих с соляной или с серной кислотой с образованием хлоридов или сульфатов.

Щелочность природных вод зависит в основном от содержания солей угольной кислоты.

Определение щелочности необходимо проводить непосредственно после отбора воды, не позднее чем через 24 часа, причем воду необходимо хранить в сосуде, заполненном до пробки.