If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom

Savak, bázisok és pufferek

Savasság, lúgosság, protonkoncentráció, a pH-skála és a pufferek.

Bevezetés

Nagy az esélye, hogy néhány dolgot még akkor is tudsz a savakról és bázisokról, ha nem jártál még kémialaborban. Például ittál már narancslevet, vagy kólát? Ha igen, akkor bizony ismersz néhány hétköznapi savas oldatot. És ha használtál már a főzés során sütőport vagy tojásfehérjét, akkor bázisokat is ismersz.start superscript, 1, end superscript
Talán észrevetted, hogy a savas dolgok sokszor savanyúak, a bázikusak, mint a szappan vagy a hipó, pedig általában csúszósak. De mit jelent pontosan, hogy valami savas vagy bázikus? Röviden:
  • A savas oldatok hidrogénion (Hstart superscript, plus, end superscript) koncentrációja nagyobb, mint a desztillált vízé.
  • A bázikus oldatok hidrogénion (Hstart superscript, plus, end superscript) koncentrációja kisebb, mint a desztillált vízé.
Hogy pontosan megértsük ezt a meghatározást, vizsgáljuk meg a víz sav-bázis tulajdonságait.

A víz öndisszociációja

A vízmolekulák kis százalékának öndisszociációja miatt tiszta vízben spontán képződnek hidrogénionok. Ezt a folyamatot nevezzük a víz autoprotolízisének, vagy öndisszociációjának.
start text, H, end text, start subscript, 2, end subscriptstart text, O, end text start text, left parenthesis, f, right parenthesis, end text \rightleftharpoons start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript start text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, end text + start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript start text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, end text
A zárójelben lévő betűk csak azt jelölik, hogy a víz folyadék (f), és az ionok vízben oldott (aq) formában vannak jelen.
Az egyenletből látható, hogy azonos mennyiségű hidrogénion (Hstart superscript, plus, end superscript) és hidroxidion (OHstart superscript, minus, end superscript) képződik. Míg a hidroxidionok szabadon úszkálhatnak az oldatban, a hidrogénionok közvetlenül egy szomszédos vízmolekulához kapcsolódnak, így alkotva oxóniumionokat (Hstart subscript, 3, end subscriptOstart superscript, plus, end superscript). Szóval tényleg nem úszkálnak Hstart superscript, plus, end superscript-ionok szabadon a vízben. Azonban a tudósok még mindig a szabad formát használják, ha a hidrogénionokról és koncentrációjukról van szó, és nem az oxóniumion-formát – az előbbi csak egy megszokásból használt rövidítés.
Szóval akkor mennyi vízmolekula disszociál egy kancsó vízben? Tiszta vízben a disszociáció révén keletkező hidrogénionok száma 1 × 10start superscript, minus, 7, end superscript M (mól per liter víz).
Ez sok vagy kevés? Bár a hidrogénionok száma egy liter vízben nagynak tűnhet ahhoz képest, hogy általában milyen nagyságrendben gondolkodunk (kvadrilliós nagyságrend), de a vízmolekulák száma – disszociált és nem disszociált – összesen 33,460,000,000,000,000,000,000,000start superscript, 2, comma, 3, end superscript körül mozog. (Lesz mire gondolni, amikor legközelebb megiszol egy pohár vizet!) Szóval a disszociált ionok száma nagyon kis töredéke az összes molekula számának, akármennyi vizet veszünk is alapul.

Savak és bázisok

Az oldatok, kémhatásukat tekintve, savasak vagy bázikusak (illetve semlegesek) lehetnek. A savas oldatok Hstart superscript, plus, end superscript koncentrációja magasabb, mint a tiszta vízé (nagyobb, mint 1 × 10start superscript, minus, 7, end superscript M), míg a bázikus oldatok Hstart superscript, plus, end superscript koncentrációja alacsonyabb (kisebb, mint 1 × 10start superscript, minus, 7, end superscript M). Az oldatok hidrogénion koncentrációját általában a pH-val jellemezzük. A pH számítása során vesszük az oldat hidrogénion koncentrációjának tízes alapú negatív logaritmusát:
start text, p, H, space, =, end text, minus, l, o, g, start subscript, 10, end subscriptstart text, open bracket, H, end textstart superscript, plus, end superscriptstart text, close bracket, end text
A Hstart superscript, plus, end superscript körüli szögletes zárójelek csak azt jelentik, hogy az ion koncentrációjáról van szó. Ha a víz hidrogénion koncentrációját (1 × 10start superscript, minus, 7, end superscript M) behelyettesítjük az egyenletbe, a kapott eredmény 7,0 lesz, ezt tekintjük semleges pH-nak. Az emberi testben a vér és a sejtek belsejében lévő citoszólnak (vizes, kocsonyás anyagnak) is közel semleges pH-ja van.
Ha savat vagy bázist adunk egy vizes oldathoz, a Hstart superscript, plus, end superscript koncentráció elmozdul a semleges tartományból. A mi szempontunkból most a sav egy olyan anyag, amely megemeli az oldat hidrogénion koncentrációját, általában azáltal, hogy egy ledisszociált hidrogénionját az oldatnak adja. Ezzel szemben a bázis megemeli a pH-t (csökkenti a Hstart superscript, plus, end superscript koncentrációt) hiszen hidroxidiont (OHstart superscript, minus, end superscript-t), vagy más iont, molekulát juttat az oldatba, amely felveszi ezt, és ezáltal eltávolítja onnan a hidrogénionokat. (Ez a sav és bázis fogalmak leegyszerűsített változata, mely biológiai szempontból jól használható. Más sav-bázis definíciókért látogass el a kémia tantárgy oldalára!)
Minél erősebb a sav, annál könnyebben disszociál, ad le Hstart superscript, plus, end superscript iont. Például a sósav (HCl) vízben teljesen disszociál hidrogén- és kloridionokra, így erős savnak tekinthető. A paradicsomlében lévő savak és az ecet viszont nem disszociálnak teljesen vízben, így gyenge savaknak minősülnek. Ugyanígy az erős bázisok, mint a nátrium-hidroxid (NaOH), teljesen disszociálnak vízben, hidroxidionokat (vagy más bázikus ionokat) adva, melyek felveszik a Hstart superscript, plus, end superscript iont.

A pH skála

A pH skála segítségével rangsorolhatjuk az oldatokat savasságuk vagy bázikusságuk (lúgosságuk) alapján. Mivel a skála pH értékekre épül, ezért logaritmikus, más szóval ha a pH érték eggyel nő, az tízszeres Hstart superscript, plus, end superscript ion koncentráció változásnak felel meg. Általában azt mondjuk, hogy a pH skála 0-tól 14-ig terjed, és a legtöbb oldat valóban ebbe a tartományba esik, de előfordulhat 0 alatti és 14 feletti pH is. 7,0 alatt mindent savasnak, 7,0 felett mindent bázikusnak, avagy lúgosnak hívunk.
A pH skála 0-tól (nagyon savas) 14-ig (nagyon lúgos) terjed. Az egyes pH-értékeket hétköznapi példák illusztrálják.
A módosított ábra forrása: A víz, 7. ábra, OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Módosította: Edward Stevens.
Az emberi sejtek pH-ja (6,8) és a vér pH-ja (7,4) egyaránt nagyon közel van a semlegeshez. A szélsőséges pH-értékeket, akár 7,0 felettiek akár alattiak, az élet szempontjából kedvezőtlennek tekintjük. Mindamellett a gyomor belsejében a környezet nagyon savas, pH 1 és 2 közötti. Hogy oldja meg a gyomor ezt a problémát? A válasz: gyorsan cserélődő sejtjei vannak! A gyomorsejtek, főleg azok, amelyek a gyomorsavval és az étellel közvetlenül érintkeznek, folyamatosan elhalnak, és újak veszik át a helyüket. Az ember gyomrának belső rétege például 7-10 naponta teljesen megújul.

Pufferek

A legtöbb élőlénynek, ideértve az embert is, meglehetősen szűk tartományban kell tartani a pH-t az életben maradáshoz. Például az emberi vér pH-jának közvetlenül 7,4 körül kell lennie, elkerülve a magasabb vagy alacsonyabb pH felé történő jelentős eltolódást akkor is, ha a keringésbe savas vagy lúgos vegyület kerül, vagy éppen lép ki onnan.
A pufferek, vagyis a pH-változásnak ellenálló oldatok kulcsszerepet játszanak a biológiai rendszerek közel állandó Hstart superscript, plus, end superscript ionkoncentrációjának fenntartásában. Amikor túl sok a Hstart superscript, plus, end superscript ion, a puffer felvesz belőlük párat, így emelve a pH-t; amikor meg túl kevés, a puffer a saját Hstart superscript, plus, end superscript ionjaiból ad le néhányat, hogy a pH csökkenhessen. Puffereket általában sav-bázis párok alkotnak, ahol a savak és a bázisok egy proton jelenlétében vagy hiányában különböznek egymástól (úgy mondjuk, hogy egy konjugált sav-bázis párt alkotnak).
Például az emberi vér normál pH-ját fenntartó pufferrendszerbe tartozik a szénsav (Hstart subscript, 2, end subscriptCOstart subscript, 3, end subscript) és konjugált bázispárja, a bikarbonát ion (HCOstart subscript, 3, end subscriptstart superscript, minus, end superscript). Szénsav akkor keletkezik, amikor szén-dioxid lép a véráramba és vízzel elegyedik. A szén-dioxid legnagyobbrészt ebben a formában szállítódik az izmok és a tüdő között, vagyis a keletkezés helyétől odáig, ahol visszaalakul vízzé és COstart subscript, 2, end subscript-dá, ami szükségtelen anyagként kiürül szervezetből.
H+ + HCO3- <--> H2CO3
A módosított ábra forrása: A víz, 8. ábra, OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.
Ha túl sok Hstart superscript, plus, end superscript ion gyülemlik fel, a fenti egyenlet a jobb irányba tolódik el, a bikarbonát ionok felveszik a Hstart superscript, plus, end superscript ionokat, és szénsavat képeznek. Ugyanígy, ha a Hstart superscript, plus, end superscript ionkoncentrációja túl alacsonyra csökken, az egyenlet balra tolódik, és a szénsavból bikarbonát keletkezik, Hstart superscript, plus, end superscript ionokat adva az oldatnak. E pufferrendszer nélkül olyannyira ingadozna a test pH-ja, hogy az veszélyeztetné az életet.

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Még nincs hozzászólás.
Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.