Роль электролитов в процессах жизнедеятельности

   Известно, что электролитный обмен тесно связан с водным, так как большинство минеральных соединений находится в организме в виде водных растворов, и перемещение воды в организме сопровождается перемещением электролитов и изменением их концентрации в той или иной части организма. С другой стороны, степень перемещения и направление движения воды зависят от концентрации электролитов. Кроме того, каждый ион обладает своей физиологической специфичностью. Нарушение баланса того или иного иона вызывает определенные нарушения в организме. В связи с этим присутствие определенного количества электролитов в пище необходимо для нормальной жизнедеятельности организма.

Диссоциация воды

   Вода представляет собой слабый электролит, диссоциирующий в соответствии с уравнением:

Н₂О ‹-----›  H⁺ + ОН^-

{\displaystyle {\mathsf {H}}_{2}{\mathsf {O}}\rightleftharpoons {\mathsf {H}}^{+}+{\mathsf {OH}}^{-}.}Константа диссоциации воды при 25 °C составляет

           [Н⁺][ОН^-]

К _дисс. = --------------- = 1,83 х10^-16

            [Н₂О]

{\displaystyle K_{d}={\frac {[{\mathsf {H}}^{+}]\cdot [{\mathsf {OH}}^{-}]}{[{\mathsf {H_{2}O}}]}}=1,83\cdot 10^{-16}.}

  Считая, что в большинстве растворов вода находится в молекулярном виде (концентрация ионов H⁺ и OH⁻ мала), и учитывая, что молярная масса воды составляет 18,0153 г/моль, а плотность при температуре 25 °C — 997,07 г/л, чистой воде соответствует концентрация [H₂O] = 55,346 моль/л. Поэтому предыдущее уравнение можно переписать в виде

[Н⁺] [ОН^-] = 10^-14{\displaystyle [{\mathsf {H}}^{+}]\cdot [{\mathsf {OH}}^{-}]=10^{-14}.}

    Эта величина называется ионным произведением воды. Так как для чистой воды [H⁺] = [OH⁻], можно записать

[Н⁺] = [ОН^-] = 10^-7{\displaystyle [{\mathsf {H}}^{+}]\cdot [{\mathsf {OH}}^{-}]=10^{-14}.}

    {\displaystyle \,[{\mathsf {H}}^{+}]=[{\mathsf {OH}}^{-}]=10^{-7}.}Водородный показатель воды, таким образом, равен рН = - lg [Н⁺] = 7, это мера активности (в очень разбавленных растворах она эквивалентна концентрации) ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность. Равен по модулю и противоположен по знаку десятичному логарифму активности водородных ионов, выраженной в молях на один литр.

  Показатель называется pH, по первым буквам латинских слов potentia hydrogeni — сила водорода, или pondus hydrogeni — вес водорода.

Вообще в химии сочетанием pH принято обозначать величину, равную − lg H, а буква H в данном случае обозначает концентрацию ионов водорода (H⁺), или, точнее, термодинамическую активность гидроксоний – ионов (катионов водорода).  Когда концентрации обоих видов ионов в растворе одинаковы, говорят, что раствор имеет нейтральную реакцию. При добавлении к воде кислоты концентрация ионов водорода увеличивается, а концентрация гидроксид-ионов соответственно уменьшается, при добавлении основания — наоборот, повышается содержание гидроксид-ионов, а концентрация ионов водорода падает. Когда [H⁺] > [OH⁻] говорят, что раствор является кислотным, а при [OH⁻] > [H⁺] — основным.

Шкала значений водородного показателя и концентраций катионов водорода

рН  [Н⁺]

1 10^-1

2 10^-2                         сильно – кислая среда

3 10^-3

4 10^-4

5 10^-5                           слабо – кислая среда

6 10^-6                     

7 10^-7              нейтральная среда

8  10^-8

9 10^-9                    слабо – щелочная среда

10 10^-10

11 10^-11

12 10^-12               сильно – щелочная среда

13 10^-13

14 10^-14

  Существуют различные методы определения рН раствора. Качественно характер среды раствора определяют с помощью индикаторов. Индикаторы – вещества, которые обратимо изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора.

Таблица 3.