Вода и водные растворы окружают нас повсюду. В воде и в водных растворах присутствуют ионы H+ и OH-.Избыток или недостаток этих ионов определяет среду растовора.
.
Типы сред водных растворов [ править ]
Водородным показателем рН называется отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода. Если концентрация ионов водорода равна 10−7 моль/л, то рН = 7; рН может принимать значения от 0 до 14.
Среды водных растворов [ править ]
Различают три основных типа сред водных растворов: Нейтральная среда — среда, в которой концентрация ионов водорода равна концентрации гидроксид-ионов (рН = 7 ). Кислая среда — среда, в которой концентрация ионов водорода больше концентрации гидроксид-ионов (рН 7 ). При значениях водородного показателя рН: от 0 до 3 среда водного раствора считается сильнокислой, от 4 до 6 — слабокислой, 7 — нейтральной, от 8 до 10 — слабощелочной, от 11 до 14 — сильнощелочной.
Чем меньше рН, тем больше кислотность водного раствора. Чем больше рН, тем больше щелочность водного раствора.
Индикаторы [ править ]
Среду водных растворов экспериментально можно определить различными способами. Одним из способов является применение индикаторов, изменяющих свою окраску при изменении среды раствора.
Индикаторы— вещества, обратимо изменяющие цвет в зависимости от среды раствора. В качестве индикаторов чаще всего на практике используют:
В кислой среде и метилоранж, и лакмус приобретают красный цвет. Вспомним правила смешивания цветов! Из каких двух цветов при смешивании можно получить оранжевый? Из красного и жёлтого. Действительно, в щелочной среде метилоранж приобретает жёлтый цвет. Красный и синий цвета при смешивании дают фиолетовый. Лакмус в щелочной среде становится синим. Оба индикатора более удобны на практике для определения кислой среды.
2)Фенолфталеин является индикатором на щелочную среду. Только в ней он приобретает яркую малиновую окраску. В остальных средах он бесцветный.
3)Универсальный индикатор изменяет окраску в широком диапазоне значений рН раствора.
Значение различных сред растворов и их определения [ править ]
Характер среды раствора имеет большое значение при протекании химических и биологических процессов. В зависимости от реакции среды эти процессы могут идти с разными скоростями и в разных направлениях. Поэтому определение pH среды растворов очень важно в медицине, науке, технике, сельском хозяйстве.
Постоянство концентраций ионов водорода — важный показатель внутренней среды живых организмов.
pH измеряется в степенях числа 10. Концентрация ионов водорода в растворесс pH 1.0 в 10 раз выше, чем концентрация ионов водорода в растворе с pH 2.0. Чем выше концентрация ионов водорода, тем ниже pH
/ Ионы водорода H +
1
0.1
2
0.01
3
0.001
4
0.0001
5
0.00001
6
0.000001
7
0.0000001
Нейтральный раствор
8
0.000001
Основной (щелочной) раствор / гидроксильные ионы OH —
9
0.00001
10
0.0001
11
0.001
12
0.01
13
0.1
14
1.0
Изменение окраски кислотно-основных индикаторов в зависимости от pH раствора. Лакмус, фенолфтолеин, метилоранж.
красный
фиолетовый
синий
бесцветный
бесцветный
малиновый
розовый
оранжевый
желтый
* [ x ] — концентрация ионов ‘x’
Таблица pH бытовых веществ, материалов и продуктов.
Таблица pH бытовых веществ, материалов и продуктов.
Вещество
pH
Электролит в свинцовых аккумуляторах
Водородный показатель (pH) некоторых распространенных продуктов питания.
Таблица. Значения pH оснований, щелочей (растворы)
Значения pH для некоторых распространенных оснований и щелочей приведены в таблице ниже.
Таблица. Значения pH оснований, щелочей (растворы)
Аммиак /Ammonia
н.
11.5
Аммиак /Ammonia
0.1 н.
11.1
Аммиак /Ammonia
0.01 н.
10.6
Ацетат натрия / Sodium acetate
0.1 н.
8.9
Барбитал — натрий / Barbital sodium
0.1 н.
9.4
Бензойнокислый натрий /Sodium benzoate
0.1 н.
8.0
Бикарбонат калия / Potassium bicarbonate
0.1 н.
8.2
Бикарбонат натрия /Sodium bicarbonate
0.1 н.
8.4
Гидроокись железа /Ferrous hydroxide
насыщенный
9.5
Гидроокись калия / Potassium hydroxide
н.
14.0
Гидроокись калия / Potassium hydroxide
0.1 н.
13.0
Гидроокись калия / Potassium hydroxide
0.01 н.
12.0
Гидроокись кальция /Calcium hydroxide
насыщенный
12.4
Гидроокись натрия / Sodium hydroxide
н.
14.0
Гидроокись натрия / Sodium hydroxide
0.1 н.
13.0
Гидроокись натрия / Sodium hydroxide
0.01 н.
12.0
Карбонат кальция / Calcium carbonate
насыщенный
9.4
Метасиликат натрия / Sodium metasilicate
0.1 н.
12.6
Оксид магнияия / Magnesia
насыщенный
10.5
Пироборнокислый натрий (Бура)/ Borax
0.01 н.
9.2
Сесвикарбонат натрия / Sodium sesquicarbonate
0.1 н.
10.1
Тринатрийфосфат / Trisodium phosphate
0.1 н.
12.0
Углекислый калий / Potassium carbonate
0.1 н.
11.5
Углекислый натрий / Sodium carbonate
0.1 н.
11.6
Уксуснокислый калий / Potassium acetate
0.1 н.
9.7
Цианид калия / Potassium cyanide
0.1 н.
11.0
Таблица значений PH кислот. (Растворов).
В таблице представлены серная, уксусная и другие распространенные кислоты. pH- это мера активности ионов водорода в растворах, и, таким образом, их кислотности или щелочности. Таким образом, в таблице ниже указана кислотность некоторых обычных кислот.
Кислотность (лат. aciditas) — характеристика активности ионов водорода в растворах и жидкостях.
В медицине кислотность биологических жидкостей (крови, мочи, желудочного сока и других) является диагностически важным параметром состояния здоровья пациента. В гастроэнтерологии, для правильного диагностирования целого ряда заболеваний, например, пищевода и желудка, одномоментная или даже средняя величина кислотности не является значимой. Чаще всего важно понимание динамики изменения кислотности в течение суток (ночная кислотность нередко отличается от дневной) в нескольких зонах органа. Иногда важно знать изменение кислотности, как реакцию на определенные раздражители и стимуляторы.
Содержание
Водородный показатель pH
Некоторые заблуждения
Если кто-то из пациентов говорит, что у него «нулевая кислотность», то это не более, чем оборот речи, означающий, скорее всего, что у него нейтральное значение кислотности (рН=7). В организме человека величина показателя кислотности не может быть меньше 0,86 рН. Также распространено заблуждение, что величины кислотности могут быть только в диапазоне от 0 до 14 pH. В технике возможен показатель кислотность и отрицательный, и больше 20.
Когда говорят о кислотности кого-либо органа, важно при этом понимать, что часто в различных частях органа кислотность может значительно отличаться. Кислотность содержимого в просвете органа и кислотность на поверхности слизистой оболочки органа также часто бывает не одинаковой. Для слизистой оболочки тела желудка характерно, что кислотность на поверхности слизи, обращенной в просвет желудка кислотность 1,2–1,5 рН, а на стороне слизи, обращённой к эпителию — нейтральная (7,0 рН).
Величина рН для некоторых продуктов и воды
В таблице ниже указаны величины кислотности некоторых распространенных продуктов и чистой воды при разной температуре:
Продукт
Кислотность, ед. рН
Лимонный сок
2,1
Вино
3,5
Томатный сок
4,1
Апельсиновый сок
4,2
Черный кофе
5,0
Чистая вода при 100 °С
6,13
Чистая вода при 50 °С
6,63
Свежее молоко
6,68
Чистая вода при 22 °С
7,0
Чистая вода при 0° С
7,48
Кислотность и пищеварительные ферменты
Очень многие процессы в организме невозможны без участия специальных белков – ферментов, которые катализируют химические реакции в организме, не подвергаясь при этом химическим превращениям. Пищеварительный процесс не возможен без участия разнообразных пищеварительных ферментов, расщепляющих разные органические молекулы пищи и действующих только в узком диапазоне кислотности (своем для каждого фермента). Важнейшие протеолитические ферменты (расщепляющие белки пищи) желудочного сока: пепсин, гастриксин и химозин (реннин) продуцируются в неактивной форме – в виде проферментов и позже активируется соляной кислотой желудочного сока. Пепсин наиболее активен в сильнокислой среде, с pH от 1 до 2, гастриксин имеет максимум активности при рН 3,0–3,5, химозин, расщепляющий белки молока до нерастворимого белка казеина, имеет максимум активности при рН 3,0–3,5.
Протеолитический ферменты, выделяемые поджелудочной железой и «действующие» в двенадцатиперстной кишке: трипсин имеющий оптимум действия в слабощелочной среде, при pH 7,8–8,0, близкий к нему по функциональности химотрипсин наиболее активен в среде с кислотностью до 8,2. Максимум активности карбоксипептидаз А и В 7,5 рН. Близкие значения максимальной и у других ферментов, выполняющих пищеварительные функции в слабощелочной среде кишечника.
Пониженная или повышенная кислотность по отношению к норме в желудке или двенадцатиперстной кишке, таким образом, приводит к существенному снижению активности тех или ферментов или даже их исключению из пищеварительного процесса, и, как следствие к проблемам с пищеварением.
Кислотность слюны и полости рта
Кислотность слюны зависит от скорости слюноотделения. Обычно кислотность смешанной слюны человека равна 6,8–7,4 pH, но при большой скорости слюноотделения достигает 7,8 pH. Кислотность слюны околоушных желёз равна 5,81 pH, подчелюстных — 6,39 pH.
У детей в среднем кислотность смешанной слюны равна 7,32 pH, у взрослых — 6,40 pH (Римарчук Г.В. и др.).
Кислые гастроэзофагеальные и фаринголарингеальные рефлюксы, достигающие полости рта, играют ведущую роль в возникновении патологии полости рта. В результате попадания соляной кислоты происходит снижение кислотности смешанной слюны ниже 7,0 рН. Слюна, в норме обогащенная кальцием, фосфатами, содержащая карбонаты, натрий, калий, магний и обладающая щелочными свойствами, при низком рН, особенно при значениях 6,2–6,0, приводит к очаговой деминерализации эмали зубов с появлением эрозий твердых тканей зубов и образованием в них полостей — кариеса (Новикова В.П., Шабанов A.M.).
Кислотность зубного налета зависит от состояния твердых тканей зубов. Будучи нейтральной у здоровых зубов, она смещается в кислую сторону, в зависимости от степени развития кариеса и возраста подростков. У 12-летних подростков с начальной стадией кариеса (предкариесом) кислотность зубного налета равна 6,96 ± 0,1 pH, у 12–13-летних подростков со среднем кариесом кислотность зубного налета от 6,63 до 6,74 pH, у 16-летних подростков при поверхностном и среднем кариесе кислотность зубного налета равна, соответственно, 6,43 ± 0,1 pH и 6,32 ± 0,1 pH (Кривоногова Л.Б.).
Кислотность секрета глотки и гортани
Кислотность секрета глотки и гортани у здоровых и больных хроническим ларингитом и фаринголарингеальным рефлюксом различна (А.В. Лунев):
Место измерения рН
Среднее значение рН секрета глотки и гортани внутри групп не имеет значимых различий. У больных при сравнении с группой здоровых лиц кислотность секрета глотки и гортани выше (т.е. рН меньше).
Кислотность в пищеводе
Нормальная кислотность в пищеводе 6,0–7,0 рН. В пищевод, кроме пищи и потребляемой жидкости, периодически поступает слюна, имеющая нейтральную и слабощелочную величину кислотности, а также рефлюксат, забрасываемый из желудка гастроэзофагеальными рефлюксами. Чаще рефлюксат имеет кислотность, соответствующую кислотности желудка. Поэтому на время находжения желудочного рефлюксата в пищеводе кислотность последнего увеличивается, величина рН уменьшается до 1,5–2. Если гастроэзофагеальных рефлюксов относительно немного, они считаются физиологичными и не сказываются на состоянии пищевода. В противном случае возможно раздражение рефлюксатом эпителия пищевода и развитие гастроэзофагеальной рефлюксной болезни.
На рисунке выше дан график кислотности в пищеводе здорового человека, полученный с помощью внутрижелудочной рН-метрии (Рапопорт С.И.). На графике хорошо наблюдаемы гастроэзофагеальные рефлюксы – резкие уменьшения кислотности до 2–3 рН, в данном случае являющиеся физиологичными.
Кислотность в желудке. Повышенная и пониженная кислотность
Причиной многих болезней органов пищеварительного тракта является дисбаланс процессов кислотопродукции и кислотонейтрализации. Длительная гиперсекреции соляной кислоты или недостаточность кислотонейтрализации, и, как следствие, повышенная кислотность в желудке и/или двенадцатиперстной кишке, вызывает так называемые кислотозависимые заболевания. В настоящее время к ним относят: пептическую язву желудка и двенадцатиперстной кишки, гастроэзофагеальную рефлюксную болезнь (ГЭРБ), эрозивно-язвенные поражения желудка и двенадцатиперстной кишки на фоне приема аспирина или нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП), синдром Золлингера-Эллисона, гастриты и гастродуодениты с повышенной кислотностью и другие.
Пониженная кислотность наблюдается при анацидных или гипоацидных гастрите или гастродуодените, а также при раке желудка. Гастрит (гастродуоденит) называется анацидным или гастритом (гастродуоденитом) с пониженной кислотностью, если кислотность в теле желудка составляет примерно 5 или больше ед. pH. Причиной пониженной кислотности часто бывает атрофия париетальных клеток в слизистой оболочке или нарушения в их функциях.
Кислотность в кишечнике
Нормальная кислотность в луковице двенадцатиперстной кишки 5,6–7,9 рН. Кислотность в тощей и подвздошной кишках нейтральная или слабощелочная и находится в пределах от 7 до 8 рН. Кислотность сока тонкой кишки 7,2–7,5 рН. При усилении секреции достигает 8,6 рН. Кислотность секрета дуоденальных желез — от рН от 7 до 8 рН.
Кислотность сока толстой кишки 8,5–9,0 рН.
В нижних отделах толстой кишки значения pH кислотности постепенно возрастают, достигая максимального значения рН в области ректосигмоидального перехода. В нижеследующей таблице дана кислотность в сигмовидной и прямой кишках здорового человека, полученная методом прицельной эндоскопической рН-метрии (Чуркин И.А.):
Номер точки на рисунке
Кислотность, ед. рН
Проксимальный отдел сигмовидной кишки
7
7,9±0,1
Средний отдел сигмовидной кишки
6
7,9±0,1
Дистальный отдел сигмовидной кишки
5
8,7±0,1
Надампулярный отдел прямой кишки
4
8,7±0,1
Верхнеампулярный отдел прямой кишки
3
8,5±0,1
Среднеампулярный отдел прямой кишки
2
7,7±0,1
Нижнеампулярный отдел прямой кишки
1
7,3±0,1
Кислотность кала
Кислотность крови
Кислотность плазмы артериальной крови человека колеблется в пределах от 7,37 до 7,43 рН, составляя в среднем 7,4 рН. Кислотно-щелочное равновесие в крови человека является одним из самых стабильных параметров, поддерживающее кислые и щелочные компоненты в определенном равновесии в очень узких границах. Даже небольшой сдвиг от указанных пределов может привести к тяжелой патологии. При сдвиге в кислотную сторону возникает состояние, называемое ацидозом, в щелочную — алколозом. Изменение кислотности крови выше 7,8 рН или ниже 6,8 рН несовместимо с жизнью.
Кислотность венозной крови — 7,32–7,42 рН. Кислотность эритроцитов составляет 7,28–7,29 рН.
Кислотность мочи
У здорового человека при нормальном питьевом режиме и сбалансированном питании кислотность мочи находится в пределах от 5,0 до 6,0 рН, но может колебаться от 4,5 до 8,0 рН. Кислотность мочи новорожденного в возрасте до месяца в норме — от 5,0 до 7,0 рН.
Кислотность мочи повышается, если в рационе человека преобладает мясная пища, богатая белками. Увеличивает кислотность мочи тяжелая физическая работа. Молочно-растительная диета приводит к тому, что моча становится слабощелочной. Повышение кислотности мочи отмечается при повышенной кислотности желудка. Пониженная кислотность желудочного сока не влияет на кислотность мочи. Изменение кислотности мочи чаще всего соответствует изменению кислотности крови. Кислотность мочи изменяется при многие заболевания или состояниях организма, поэтому определение кислотности мочи является важным диагностическим фактором.
В нормальных условиях у здорового человека реакция мочи слабокислая, pH колеблется в зависимости от режима питания между 4,5 и 8. При богатой белками пище моча обычно дает кислую, а при растительной пище – щелочную реакцию. При выделении дифосфатов наблюдается слабощелочная реакция. В патологических условиях моча также может дать сильно выраженную щелочную реакцию, и в таком случае обыкновенно мутна. При дыхательном алкалозе (гипервентиляции) или метаболическом алкалозе, потере кислот с желудочным соком, уменьшении количества калия в крови реакция мочи становится щелочной. Кислая реакция мочи наблюдается при голодании, тяжелых поносах, ацидозе или после принятия внутрь подкисляющих лекарственных средств (хлористого аммония). Исследования производят лишь со свежевыпущенной мочой. Проще всего производить исследования посредством синей и красной лакмусовой бумажки. Кислая моча меняет синий цвет лакмуса на красный, а щелочная – красный на синий. Истинная реакция мочи лучше определяется универсальной индикаторной бумагой с диапазоном от 1—14 (Ишманов М.Ю. и др.).
Кислотность влагалища, цервикального канала и полости матки
По данным Ившина В.Г. и др. (2020) в области наружного зева среда кислая: рН = 6,42 ± 0,026. По ходу цервикального канала величина рН плавно возрастает. В области внутреннего зева величина рН приближается к нейтральной: 6,96 ± 0,013. При продвижении датчика в полости матки отмечается плавное увеличение рН от 7,14 ± 0,11 до 7,19 ± 0,11. На слизистой дна матки среда слабощелочная: рН = 7,22 ± 0,007.
Публикации для профессионалов здравоохранения, затрагивающие проблематику кислотности в женских половых органах
Кислотность спермы
Кислотность кожи
Поверхность кожи покрыта воднолипидной кислотной мантией или мантией Маркионини, состоящей из смеси кожного сала и пота, в которую добавлены органические кислоты — молочная, лимонная и другие, образованные в результате биохимических процессов, протекающих в эпидермисе. Кислотная воднолипидная мантия кожи является первым барьером защиты от микроорганизмов. У большинства людей в норме кислотность мантии равна 3,5–6,7 рН. Бактерицидное свойство кожи, придающее ей способность противостоять микробной инвазии, обусловлено кислой реакцией кератина, своеобразным химическим составом кожного сала и пота, наличием на ее поверхности защитной воднолипидной мантии с высокой концентрацией водородных ионов. Входящие в ее состав низкомолекулярные жирные кислоты, в первую очередь гликофосфолипиды и свободные жирные кислоты, обладают бактериостатическим эффектом, селективным для патогенных микроорганизмов. Поверхность кожи заселена нормальной симбиотической микрофлорой, способной к существованию в кислой среде: Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, Propionibacterium acnes и другие. Некоторые из этих бактерий сами вырабатывают молочную и другие кислоты, внося свой вклад в формирование кислотной мантии кожи.
Верхний слой эпидермиса (кератиновые чешуйки) имеет кислотность с величиной рН от 5,0 до 6,0. При некоторых кожных заболеваниях величина кислотности изменяется. Например, при грибковых заболеваниях рН возрастает до 6, при экземе до 6,5, при угревой сыпи до 7.
Кислотность других биологических жидкостей человека
Кислотность жидкостей внутри человеческого организма в норме совпадает с кислотностью крови и находится в пределах от 7,35 до 7,45 pH. Кислотность некоторых других биологических жидкостей человека в норме приведена в таблице:
Биологическая жидкость
Кислотность в норме, ед. рН
Цитоплазма клеток
около 7,45
Слеза
от 7,3 до 7,5
Ликвор (спинномозговая жидкость)
от 7,35 до 7,8
Желчь
от 8,0 до 8,5
Женское молоко
от 6,9 до 7,5
Панкреатический сок
от 7,5 до 9,0
Синовиальная жидкость (коленный сустав)
от 7,3 до 7,6
Сок предстательной железы
от 6,6 до 6,8
Публикации для профессионалов здравоохранения, затрагивающие проблематику кислотности в органах пищеварения
Меры и эталоны кислотности
Для поверки, калибровки средств измерения кислотности в медицине и технике выпускаются специальные «меры кислотности», «буферные растворы», «стандарт-титры». Они способны поддерживать строго установленную величину кислотности раствора, не меняющуюся при измерениях и в течение определённого времени. Подробнее см. «Стандарт-титры и буферные растворы для калибровки».
На фотографии справа: буферные растворы с рН=1,2 и рН=9,18 для калибровки рН-зондов.
.
