Кислоты и щелочи
Переход от ботаники к химии. Объяснение связи наук и важности химии для понимания жизненных процессов. Вспоминаем одно из последних занятий по ботанике — выделение цветных пигментов из осенних листьев. Зеленый — хлорофилл, красный — антоциан, желтый — ксантофил. Рассматриваем пленку высохших пигментов на поверхности пластиковых банок, в которых их выделяли.
Демонстрация. Домашняя заготовка – экстракт вареной красной капусты — универсальный индикатор кислотности – антоциан. Антоцианы — группа пигментов, обладающих спектром окраски от красного до синего. В нейтральной среде он сине-фиолетовый, при добавлении кислоты (из лимона или уксус) индикатор становится розовым. При добавлении слабой щелочи (сода) индикатор становится сине-зеленым, при добавлении сильной щелочи (КОН = гидроксид калия) раствор становится зеленым. Все делают свои эксперименты в стаканах и сравнивают, у кого получился какой цвет. Второй эксперимент — с индикатором фенолфталеином. Бесцветный прозрачный индикатор, изменяющий цвет только в щелочной среде — становится ярко-малиновым. Добавляем несколько капель к щелочному раствору — появляется малиновый цвет. Потом постепенно добавляем кислоту в раствор, и как только рН становится нейтральным, раствор снова становится прозрачным. Если снова добавить щелочь, снова появится малиновый цвет. И так можно сделать несколько раз. «Побеждают» по очереди то кислота, то щелочь, в зависимости от того, каких ионов больше — водорода (Н) или гидроксила (ОН).
Теория. Объяснение строения молекулы воды (повторение) – Н2О. Говорим про строение атома водорода — ядро, протон, электрон. Используем химический конструктор из шариков-атомов разного цвета. Твердое-жидкое-газообразное состояние вещества. Способность молекулы воды «рваться» в химической реакции. Образование свободного атома водорода (иона Н) и гидроксила ОН. При химической реакции другие вещества могут ускорять процесс разрыва молекул воды (диссоциации) и смещать равновесие в количестве Н и ОН. В случае увеличенного количества Н в растворе получается кислота, в случае увеличенного количества ОН получается щелочь. В присутствии кислоты индикатор (антоциан) испытывает химическое превращение и изменяет окраску на розовую, в присутствии щелочи — на зеленую. Кислотность. Чем больше ионов водорода в растворе, тем более кислая получается среда. Чем больше гидроксилов, тем более щелочная. Если ионов Н и гидроксилов в растворе поровну, среда получается нейтральная.
Линейка рН. Ученые придумали специальную линейку для обозначения кислотности среды — от 1 до 14. рН1 — самая сильная кислота, рН14 — самая сильная щелочь. Посередине — 7 — нейтральная среда. Большинство биологических процессов происходят при рН6.5-7.5, то есть в нейтральной среде. Самое понятное и известное исключение — желудочный сок, где рН1.5-2.