Kas ir skābums? Definīcija, veidi un mērījumi
Uzzini, kas ir skābums: definīcija, skābuma veidi, pH mērījumi un praktiski piemēri. Plaša rokasgrāmata par skābuma noteikšanu un nozīmi ikdienā.
Skābums var attiekties uz
Īsi sakot, skābums ir gan ķīmiska īpašība (spēja donēt ūdeņraža jonu H+), gan garšas sajūta (skāba garša), kā arī plašs jēdziens, kas tiek lietots vides, pārtikas, medicīnas un rūpniecības kontekstā. Zemāk aprakstīts, ko tas nozīmē, kā skābumu mēra un kādi ir galvenie veidi un ietekmes.
Kas ir skābums ķīmijā?
Ķīmijā skābums parasti tiek definēts ar vairākiem saistītiem modeļiem:
- Arrhenius teorija: skābe ir viela, kas ūdenī palielina H+ jonus (piem., HCl → H+ + Cl-).
- Brønsted–Lowry teorija: skābe ir protonu (H+) donors, bāze ir protonu akceptors (piem., CH3COOH + H2O ⇄ CH3COO- + H3O+).
- Lewisa teorija: skābe ir elektronu pāra akceptors, bāze — elektronu pāra donors (šī definīcija aptver plašāku reakciju spektru, piemēram, kompleksu veidošanos).
pH skala un kā to saprast
Skābumu raksturo ar pH vērtību, kas definēta kā pH = −log10[H+] (kur [H+] ir ūdeņraža jonu aktivitāte mol/l). pH skala parasti iet no 0 līdz 14:
- pH < 7 — skābs
- pH = 7 — neitrāls (piem., tīrs ūdens pie 25 °C)
- pH > 7 — bāzisks (sārmainis)
Piemēri ar aptuvenajām pH vērtībām:
- Salvetes bateriju elektroķīmiskais šķīdums: ~0
- Stipras sālsskābes šķīdums (HCl): ~1
- Citrona sula: ~2
- Etiķis (ābolu etiķis): ~2.5–3
- Ūdens (tīrs): ~7
- Asins plazma: ~7.35–7.45 (stingri regulēts)
- Jūras ūdens: ~8.1
- Ammonija šķīdums: ~11
Skābju veidi
- Spēcīgas skābes — pilnībā disociē šķīdumā (piem., HCl, HNO3, H2SO4).
- Vājas skābes — daļēji disociē (piem., etiķskābe CH3COOH, ogļskābe H2CO3).
- Organiskās skābes — satur oglekli, piemēram, citronskābe, piena skābe.
- Anorganiskās skābes — bez oglekļa, piemēram, sērskābe, sālsskābe.
- Monoprotiķas — atdod vienu H+ (piem., HCl).
- Poliprotiķas — var atdot vairākus H+ pakāpeniski (piem., H2SO4, H3PO4).
Kā mēra skābumu
Biežākās metodes:
- pH-metrs — elektronsensors, kas sniedz tiešu pH nolasījumu; precīzs laboratorijā, nepieciešama kalibrēšana ar standartšķīdumiem.
- Indikatorpapīrs / universāla indikatora šķīdums — ātra aptuvena metode, noder terenos; mazāk precīza.
- Titrācija — kvantitatīva metode skābes stipruma vai koncentrācijas noteikšanai, parasti titrējot ar standarta bāzi (piem., NaOH) līdz ekvivalences punktam, izmantojot indikatoru vai potenciometrisku mērījumu.
- Spectrofotometrija un jonselectīvās elektrodas — izmanto specifiskiem analītiskiem uzdevumiem un izolētu jonu mērīšanai.
Skābums pārtikā, ķermenī un vidē
- Pārtika: skābums ietekmē garšu, mikrobiālo uzvedību un konservāciju (piem., fermentācija, marinēšana). Etiķis un citronskābe tiek izmantotas kā konservanti un garšvielas.
- Organismi: cilvēka asins pH tiek stingri regulēts ar buferiem (bikarbonāta sistēma). Kuņģa sula ir ļoti skāba (apm. pH 1–2) un nepieciešama pārtikas sagremošanai un mikrobu iznīcināšanai.
- Vide: skābums ietekmē augsni, ūdeņus un ekosistēmas. Skābo lietu (acid rain) un okeānu acidifikācija var radīt postošas sekas uz organismiem un materiāliem.
Buferi un neutrālizācija
Buferšķīdumi ir sistēmas, kas pretoties pH izmaiņām, pievienojot nelielas skābes vai bāzes devās. Tie parasti satur vāju skābi un tās konjugēto bāzi (piem., H2CO3 / HCO3-). Neitrālizācijas reakcija starp skābi un bāzi rada sāli un ūdeni (piem., HCl + NaOH → NaCl + H2O), un to izmanto piesārņojuma kontrolē un ķīmiskajās procedūrās.
Kā aprēķināt pH — vienkārši piemēri
- Stipras vienprotoniskas skābes šķīdums: ja [H+] = 1.0·10^-3 M, tad pH = 3.
- Vājas skābes (aptuvenā metode): ja sākotnējā koncentrācija c un disociācijas konstante Ka, tad var izmantot pieņēmumu x ≪ c, kur x ≈ sqrt(Ka·c), un pH aprēķina no −log10 x. Ja x nav mazs, jārisina kvadrātvienādojums precīzāk.
Drošība un praktiskas piezīmes
- Ar stiprām skābēm jāstrādā aizsargaprīkojumā (cimdi, aizsargbrilles, fume hood). Pie tīrām šķīdumiem pievieno skābi ūdenim, bet ne otrādi (lai izvairītos no siltuma atbrīvošanās un šķidruma izsprostošanas).
- Skābes uz virsmām var korodēt metālus un materiālus; uzglabāšana un transportēšana jāveic atbilstoši drošības prasībām.
- Vides monitorings (piem., pH mērījumi ūdeņos, augsnē) palīdz novērst negatīvas sekas un uzraudzīt piesārņojumu.
Kā skābums ietekmē ikdienu un rūpniecību
Skābums ir svarīgs daudzos procesos: ķīmiskās sintēzes, farmācija, metālapstrāde, pārtikas ražošana, ūdens apstrāde un lauksaimniecība. Kontrolējot pH, iespējams optimizēt reakciju apstākļus, saglabāt produktu kvalitāti un aizsargāt aprīkojumu.
Secinājums: skābums ir plašs un daudzdimensionāls jēdziens — no ķīmiskās definīcijas (H+ donors) līdz praktiskai ietekmei uz vidi, veselību un rūpniecību. Pareiza skābuma izpratne un mērīšana palīdz droši un efektīvi izmantot šo īpašību ikdienā un zinātnē.
Meklēt