Kwaśne deszcze – opady atmosferyczne, o odczynie pH mniejszym niż 5,6 czyli kwaśnym; zawierają kwasy wytworzone w reakcji wody z pochłoniętymi z powietrza gazami, takimi jak: dwutlenek siarki, tlenki azotu, siarkowodór, chlorowodór, wyemitowanymi do atmosfery w procesach spalania paliw, produkcji przemysłowej, wybuchów wulkanów, wyładowań atmosferycznych i innych czynników naturalnych.

Skład chemiczny kwaśnego deszczu [edytuj]

Jednym ze składników kwaśnego deszczu jest siarka występująca w związkach chemicznych. Szacuje się, że w wyniku działalności człowieka emitowanych jest do atmosfery na całym świecie 60-70 mln ton siarki rocznie, a najwięcej emitowano w ciągu ostatnich 50 lat. W tym samym czasie w wyniku działalności wulkanów i innych czynników naturalnych, uwalnia się do atmosfery drugie tyle. Jednak na obszarach wysoko uprzemysłowionych lub intensywnie zurbanizowanych człowiek jest odpowiedzialny za prawie całą emisję siarki.

Innym pierwiastkiem, którego związki chemiczne wywołują kwaśne deszcze jest azot. W odróżnieniu od siarki, azot tworzący tlenki pochodzi nie z kopalin, lecz z powietrza. Podczas spalania w wysokich temperaturach tlen łączy się z azotem. Emisję tlenków azotu jest trudniej ocenić, niż dwutlenku siarki. Szacuje się, że wynosi ona 20 mln ton rocznie. Najwięcej związków tych powstaje w spalinach silników pracujących na paliwach ropopochodnych, więc ich koncentracja jest tam, gdzie jest duża liczba samochodów.

W porównaniu ze zmniejszającym się zanieczyszczeniem dwutlenkiem siarki zwiększa się znacznie udział tlenków azotu w zanieczyszczeniu powietrza. Chociaż powstają one w konkretnych miejscach, to wędrują z masami powietrza na znaczną odległość.

Skutki kwaśnego deszczu [edytuj]

Dwutlenek siarki i tlenki azotu tworzą z wodą kwasy o słabym stężeniu. Dzieje się tak na przykład, gdy rozpuszczają się w kropelkach wody w atmosferze. Wraz z opadami atmosferycznymi, zanieczyszczenia spadają na ziemię i roślinność w postaci opadu zwanego "depozycją mokrą". Mogą jednak osiadać na cząsteczkach pyłu zawieszonego w powietrzu, które to cząsteczki z czasem opadają. Mówi się wtedy o "depozycji suchej". Niebezpieczeństwo pochodzi jednak z powietrza, a całe zjawisko łączenia się tlenków z wodą i dostawania się w ten sposób kwasów do wód, gleb, płuc ludzi i zwierząt, oraz na mury budynków określa się ogólnie nazwą "kwaśnego deszczu".

Kwaśne deszcze wpływają także na roślinność. Oddziaływanie zanieczyszczeń może być zarówno bezpośrednie, jak i pośrednie. To pierwsze, w przypadku drzew, uwidacznia się w postaci uszkodzeń igieł i liści. Wewnątrz nich uszkadzane są różne błony, co może spowodować zakłócenie w systemie odżywiania i w bilansie wodnym.

Pośrednie uszkodzenia są następstwem zakwaszenia gleby. Zmniejsza się wówczas dostępność substancji odżywczych przy jednoczesnym zwiększeniu zawartości szkodliwych dla drzew metali rozpuszczonych w roztworze glebowym, jak np. aluminium (uwalnianych np. z blokujących je nierozpuszczalnych związków wapnia). Powoduje to uszkodzenie korzeni i zabicie flory grzybów mikoryzowych, co prowadzi do tego, że rośliny nie mogą pobrać wystarczających ilości pożywienia i zmienia się odczyn gleby. Ponadto zmniejsza się odporność roślin na choroby i owady. Tak osłabione drzewo atakują owady lub pasożytnicze grzyby niszcząc je doszczętnie. Podobnie dzieje się z innymi roślinami.

Kwaśne deszcze powodują również uszkodzenia różnych budynków, pomników i zabytków, ponieważ wymywają wapń, który najczęściej występuje w materiałach, z których powstają budowle.

Zanieczyszczenie powietrza nie pozostaje bez wpływu na zwierzęta, np. rozmnażanie ptaków żyjących przy brzegach zakwaszonych jezior jest zaburzone.

Zmiana składu roślinności spowodowana zanieczyszczeniami powietrza wywiera też wpływ na zwierzęta uzależnione od danego zbiorowiska roślinnego. Nie znajdują w nim właściwych dla siebie gatunków roślin, co może spowodować nawet niezdolność do rozmnażania.

Duża zawartość zanieczyszczeń w powietrzu oraz ogromne ilości emitowanych związków siarki i azotu doprowadziły w Europie Środkowej do poważnego pogorszenia stanu zarówno lasów, jak i gleb.

W RFN w 1985 r. ponad połowa lasów, o całkowitej powierzchni około 3,8 milionów hektarów, była mniej lub bardziej uszkodzona. To samo dotyczyło połowy lasów w Holandii, 1/3 w Szwajcarii, 1/4 w Austrii. Obumieranie lasów wskutek zanieczyszczeń powietrza jest poważnym problemem w Czechach i na Słowacji. Istnieją dane o tym, że około 1/3 lasów tych krajów jest uszkodzona, a 200 do 300 tysięcy hektarów drzewostanu w wyższych partiach górskich to martwy las.

Normalna woda deszczowa ma pH około 5,6. Deszcze o niższym pH uznaje się już za deszcze kwaśne.

Deszcz o rekordowo niskim pH (2,4) spadł w 1974 r. w Szkocji, był on kwaśniejszy od soku cytrynowego.

Zakwaszenie jezior i cieków wodnych jest problemem ściśle związanym z zakwaszeniem gleby. Woda znajdująca się w jeziorach i ciekach wodnych pochodzi bowiem w 90% z wód, które tam się dostały po przejściu przez warstwę gleby, a tylko w 10% ze śniegu i deszczu, który spadł bezpośrednio do wód lub spłynął po powierzchni gruntu.

Jedynym pełnym rozwiązaniem problemu zakwaszenia jest zmniejszenie emisji zanieczyszczeń powietrza przez zmniejszenie zużycia paliw. Są dwie główne drogi prowadzące do tego celu: oszczędniejsze gospodarowanie energią i innymi zasobami oraz użycie możliwie najlepszej techniki spalania i oczyszczania. Według analizy przeprowadzonej przez OECD w 1981 r. emisja siarki mogłaby być zmniejszona o połowę w ciągu 10 lat, gdyby wykorzystano dostępne wówczas urządzenia do oczyszczania i odsiarczania. Podniosłoby to koszty energii przeciętnie o 3%. Analiza ta wskazała jedną z wielu dróg, mającą za punkt wyjścia ekonomicznie optymalne rozwiązania. Innymi słowy, można zmniejszyć emisję bardziej i szybciej, ale wzrosną również koszty.

Szczególnie silnym źródłem emisji dwutlenku siarki jest spalanie węgla brunatnego, jako najbardziej zasiarczonego. Natomiast zdecydowanie najkorzystniejszą formą zapobiegania emisji spalin zakwaszających powietrze jest rozwój elektrowni wodnych i wiatrowych oraz energetyki jądrowej.

1.Historia kwaśnych deszczy.

W przeszłości deszcze, padające w Europie, były czyste. Teraz woda deszczowa jest zanieczyszczona przez ogromne ilości spalonego przez nas węgla, oleju opałowego i gazu ziemnego.

Kwaśny deszcz jest popularnym sposobem nazywania całego zakresu efektów - kwaśnych opadów. Kwaśne opady to kwaśne zanieczyszczenia powietrza, które mogą znajdować się w kwaśnym deszczu, ale mogą również występować w postaci kwaśnej mgły lub śniegu.

Głównymi czynnikami powodującymi wzrost kwasowości opadów atmosferycznych są przenikające do atmosfery tlenki siarki (zwłaszcza dwutlenek siarki) i tlenek azotu. Dwutlenek siarki łatwo rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwas siarkowy. Tlenki azotu ulegają w atmosferze bardzo złożonym przemianom, szczególnie w przypadku obecności innych zanieczyszczeń powietrza (np. węglowodorów). Zanik tlenków azotu w atmosferze związany jest z ich przemianą do kwasu azotowego. Na świecie około 50% całej ilości dwutlenku siarki i tlenków azotu pochodzi ze źródeł naturalnych (m. in. wulkanów, pyłów, rozkładu materii organicznej).

W warunkach naturalnych kwasowość opadu atmosferycznego jest określana tzw. wskaźnikiem pH o wartości 5,65. Opad, którego wartość pH jest niższa od 5,6 przyjęto określać mianem kwaśnego opadu atmosferycznego (dla porównania woda destylowana wskazuje wartość pH równą 7, w czternastostopniowej skali pH). Średnie roczne wartości pH opadów w Polsce kształtują się od 4,26 na Śnieżce do 4,6 w Suwałkach. Najwyższy poziom zakwaszenia opadów występuje w rejonie sudeckim, gdzie sporadycznie rejestrowano opady o wartości pH poniżej 3,0.

Podczas Międzynarodowej Konferencji w Sprawie Środowiska Człowieka, zorganizowanej przez ONZ w 1972 roku w Sztokholmie, szkody wywołane przez kwaśne deszcze oceniono jako niepokojące. Zjawiska te zagrażają szczególnie północno - wschodnim regionom Stanów Zjednoczonych, południowo - wschodniej Kanadzie i Skandynawii, gdzie uszkodzonych jest 56% powierzchni lasów. Japończycy stwierdzili liczne przypadki podrażnień, wywołanych przez zanieczyszczenia atmosferyczne, a także obawiają się, że mogą stać się one przyczyną wzrostu różnego rodzaju zachorowań. W każdym razie - atak kwasów nie oszczędza ani przyrody, ani zabytków co w tym ostatnim przypadku zagraża światowemu dziedzictwu kulturowemu.

2. Wpływ kwaśnych deszczy na środowisko.

a)Ludzie

W rejonach, gdzie środowisko naturalne jest silnie skażone, wdychamy mieszaninę gazów takich jak dwutlenek siarki i tlenki azotu, które szkodzą naszym płucom. Odnosi się to do ludzi żyjących w pobliżu elektrowni opalanej węglem, a także do mieszkańców miast o dużym ruchu ulicznym. Wyżej wymienione gazy w kontakcie z drobinami pyłów mogą wywoływać u ludzi choroby dróg oddechowych, takich jak bronchit czy astma. Ludzie ci także cierpią na kaszel, na bóle w klatce piersiowej oraz duszności. W Norwegii obserwuje się stały wzrost zachorowań na astmę u dzieci, prawdopodobnie związany ze wzrostem ilości samochodów na drogach.

b) Rośliny

Rośliny także mogą chorować na skutek działania dwutlenku siarki lub kwasu siarkowego. Wówczas rosną wolniej i łatwiej ulegają uszkodzeniom. Szczególnie wrażliwe są tu drzewa szpilkowe. Obumieranie tych właśnie drzew w pobliżu okręgów przemysłowych i wielkich miast spowodowane jest przeważnie oddziaływaniem dwutlenku siarki.

Prądy powietrza mogą przenosić chmury dwutlenku siarki nawet na odległość tysięcy kilometrów. Spadają one później na ziemię w postaci tzw. kwaśnych deszczów.

c) Budowle

Wiele budynków i pomników jest zrobionych z kamienia zawierającego wapno, takiego jak piaskowiec, wapień lub marmur. Wapno neutralizuje kwaśny deszcz, ale w końcu zostaje zużyte. Wtedy kamień traci naturalną odporność a budynek lub pomnik zaczyna ulegać zniszczeniu. Posągom kamiennym odpadają nosy, ściany domów pękają i grożą zawaleniem.

Kwaśny deszcz niszczy niektóre spośród naszych największych zabytków historycznych. Starożytne świątynie na Akropolu w Atenach przetrwały tysiące lat; teraz te piękne budowle zaczynają ulegać erozji. To samo dzieje się ze średniowiecznymi budowlami Krakowa w Polsce, z katedrą Lincolna w Anglii i z katedrą Nidarosdomen w Trondheim w Norwegii.

Współczesne budynki, wykonane z innych materiałów (np. z żelbetu), również są niszczone przez kwaśne deszcze, choć w wolniejszym tempie. Beton zaczyna się kruszyć a stalowe pręty zbrojenia rdzewieją. Remontowanie budynków, uszkodzonych w wyniku skażenia środowiska w Europie, kosztują ogromne sumy.

waśne deszcze

Nazwa ta określa wszystkie rodzaje kwaśnych opadów, tzn. kwaśne zanieczyszczenia powietrza, które mogą znajdować się w kwaśnym deszczu, mgle lub też w kwaśnym śniegu. Taki sposób transportowania na ziemię kwasów nazywany jest mokrą depozycją. Sucha depozycja- to zanieczyszczenia transportowane bezpośrednio na powierzchnię ziemi jako gazy lub pyły bez absorbowania przez nie wilgoci. Kwaśne zanieczyszczenia powietrza są powodowane głównie przez cztery rodzaje gazów:

tlenki siarki - SxOy - głównie SO2, który wydobywa się w czasie spalania paliw kopalnych tj. węgla, ropy, gazu ziemnego, jak również z wód morskich, wulkanów i rozkładu materii organicznej. Zanieczyszczenia te głównie są spowodowane przez huty, koksownie i elektrownie węglowe;

tlenki azotu -NxOy lub NOx - około 50% z nich pochodzi ze źródeł naturalnych,W Europie - tylko 10 % jest pochodzenia naturalnego. 90% wytwarza się podczas wysokotemperaturowego spalania paliw kopalnych np. w elektrowniach węglowych, koksowniach i w transporcie;

węglowodory CxHy - pochodzące z silników spalinowych;

ozon O3 - stężenie ozonu przy powierzchni ziemi jest niewielkie, przy połączeniu z NOx, węglowodorami CxHy powiększa się, przez co staje się szkodliwe;

Wyżej wymienione gazy tworzą kwasy, łącząc się z kroplami wody znajdującymi się w powietrzu (mokra depozycja) lub też opadają na ziemię tworząc kwasy na drzewach, w wodzie i glebie. Sucha depozycja zanieczyszczeń występuje zazwyczaj w pobliżu ich źródeł, natomiast mokra depozycja może mieć miejsce w odległości ponad 1000 km od miejsca jej powstania. Kwaśne deszcze nie dość, że zanieczyszczają powietrze, to mają również szkodliwy wpływ na roślinność, zwierzęta a także na człowieka.

WPŁYW NA ROŚLINNOŚĆ

Kwaśne deszcze powodują obumieranie dużej ilości drzew, a także niszczenie runa leśnego. Drzewa mają uszkodzone liście, co powoduje nadmierne parowanie wody i zakłócenia w procesie fotosyntezy - skutkiem czego jest ich mała odporność na warunki klimatyczne. Poza tym, kwaśne deszcze zakwaszają glebę, co przyczynia się do uaktywnienia glinu i kadmu, a także do nagromadzenia azotanów i siarczanów, w wyniku czego korzenie roślin mają zmniejszoną możliwość pobierania wapnia, magnezu i potasu ( niezbędnych składników odżywczych ), których na skutek wymywania ich przez kwaśne deszcze występuje niedobór. Przez to korzenie zamierają, a roślina ginie. Przykładem tego jest żółknięcie i utrata igieł u świerka w Europie środkowej. Po raz pierwszy zauważono zjawisko degradacji lasów pod koniec lat 70 w Bawarii; na początku lat 80 ok. 25% wszystkich lasów europejskich zostało uznanych za umiarkowanie lub poważnie uszkodzone.

WPŁYW NA ZBIORNIKI WODNE I ZWIERZĘTA

Kwaśne deszcze, a także inne kwaśne opady dostają się do jezior, rzek i tym podobnych zbiorników, powodując ich zakwaszenie i czyniąc je nie nadającymi się dla ludzi i zwierząt. Szkodliwe substancje do zbiorników mogą dostawać się w dwojaki sposób, tzn. bezpośrednio lub też są wymywane z sąsiednich terenów. Glin, który zostaje wymyty z gleby jest szczególnie niebezpieczny dla ryb, gdyż kumuluje się on w ich skrzelach uniemożliwiając oddychanie. W ekosystemach słodkowodnych podłoże tworzą skały granitowe, które są wysoce odporne na wietrzenie, to też kwaśny deszcz nie jest neutralizowany w glebie, co powoduje wysokie zakwaszenie jezior oraz cieków. Ryby - zwłaszcza pstrągi i łososie - przestają się rozmnażać i stopniowo giną w kwaśnej wodzie.

Skutki tego są widoczne w:

SZWECJI - gdzie zostało wyeliminowanych wiele gatunków ryb w około 20 tysiącach jezior;

NORWEGII - gdzie kwas zatruł 165 tys. km2 jezior.

WPŁYW NA BUDOWLE I RÓŻNE MATERIAŁY

Kwaśne opady - szczególnie depozycja siarki - przyspieszają wietrzenie budowli zbudowanych z piaskowca czy wapienia. Poza tym zanieczyszczenia oddziaływują szkodliwie na tworzywa sztuczne, witraże, a nawet na metale, powodując ich korozję. Zniszczeniu ulegają obrazy, litografie i sitodruki w galeriach sztuki, muzeach i bibliotekach. Biblioteka Brytyjska wydała milionów funtów na nowe instalacje klimatyczne, aby zabezpieczyć zbiory przed szkodliwymi zanieczyszczeniami; wymiary pomnika Abrahama Lincolna stojącego nieopodal lotniska Waszyngtona od 1922 r. w ciągu 60 lat zmniejszyły się o 8 mm z każdej strony.

WPŁYW ZAKWASZENIA ŚRODOWISKA NA ZDROWIE LUDZI

Smogi powstające przy dużym stężeniu SO2 , CO2 i pyłu węglowego w wilgotnym powietrzu przyczyniają się do powstawania chorób układu oddechowego i układu krążenia, a nawet mogą prowadzić do śmierci. Kwaśne deszcze zakwaszają również wodę pitną, co powoduje wzrost w niej różnych metali ciężkich prowadzących do wielu chorób, tj.:

KADM - uszkadza układ wydalniczy

GLIN - uszkadza kości i mózg

OŁÓW - uszkadza układ nerwowy

Kwasy znajdujące się w wodzie pitnej niszczą również instalacje wodociągowe tzn. powodują jej korozję, co z kolei łączy się z ogromnymi wydatkami na ten cel. Kwaśne deszcze są problemem ogólnoświatowym. Niosą ze sobą wiele zniszczeń i mają wpływ na każdy aspekt naszego życia. Przyczyną ich tworzenia się jest głównie działalność człowieka i tylko on może powstrzymać ich ekspansję. Powinno stać się to w przyszłości jednym z głównych celów ludzi żyjących na Ziemi.

Skala pH – ilościowa skala kwasowości i zasadowości roztworów wodnych związków chemicznych. Skala ta jest oparta na aktywności jonów hydroniowych [H3O+] w roztworach wodnych.

Tradycyjnie pH definiuje się jako:

pH = -log10[H3O+]

czyli minus logarytm dziesiętny aktywności jonów hydroniowych wyrażonych w molach na decymetr sześcienny. Współcześnie jednak nie jest to ścisła definicja tej wielkości.

Pojęcie pH wprowadził duński biochemik Søren Sørensen w 1909 r.[1] Oryginalnie pH zostało zdefiniowane jako minus logarytm stężenia jonów wodorowych (H+). Współczesne badania wykazały jednak, że wolne jony wodorowe (wolny proton) nigdy nie występują w roztworach wodnych, gdyż ulegają natychmiast solwatowaniu wg równania:

H+ + H2O → H3O+

W wielu podręcznikach jednak, dla uproszczenia, pomija się ten fakt i nadal podaje się starą definicję skali pH.

Ze względu na to, że pH roztworów mierzy się zazwyczaj metodami galwanometrycznymi norma ISO i Unia Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) definiują współcześnie tę wielkość następująco[2][3]:

Wartość pH roztworu X, w którym jest zanurzone standardowe ogniwo galwaniczne zdefiniowane przez IUPAC, i dla którego zmierzono wartość pierwszej siły elektromotorycznej EX, wynosi[4]:

gdzie

F – Stała Faraday

R – uniwersalna stała gazowa

T – temperatura w skali Kelvina.

ES i pH(S) – odpowiednio siła elektromotoryczna ogniwa standardowego zanurzonego w roztworze wzorcowym (np: w wodzie destylowanej) i pH tego roztworu w danej temperaturze podane w tabeli IUPAC[4].

Z definicji tej wynika, że pH roztworów jest jednostką bezwymiarową i ma charakter jedynie porównawczy, nie przekładający się bezpośrednio na stężenie czy aktywność jonów hydroniowych ani żadnych innych. Definicja ta jest np. wykorzystywana przy przygotowywaniu skal dla papierków uniwersalnych oraz pH-metrów.

Jednakże w pewnym wąskim zakresie rozcieńczonych roztworów o stężeniach mniejszych niż 0,1 mol/dm³, których pH mieści się w zakresie od 2 do 12 można przyjąć, że mierzone metodami galwanometrycznymi pH spełnia równanie[3]:

gdzie [H+] odpowiada stężeniu jonów hydroniowych, a γ1 to współczynnik aktywności tych jonów, a zatem przynajmniej w tym wąskim zakresie pH definicja "szkolna" i "precyzyjna" są z sobą w zgodzie.

Praktyczny sens skali pH [edytuj]

Aby zrozumieć sens tej skali trzeba się najpierw przyjrzeć temu, co dzieje się w chemicznie czystej wodzie. Cząsteczki wody (H2O) ulegają samorzutnej autodysocjacji, co prowadzi do powstawania jonów H3O+ i OH-:

2H2O ⇌ H3O+ + OH-

Reakcja ta jest odwracalna i ma równowagę przesuniętą silnie w lewo, czyli w stronę wody niezdysocjowanej[5]. Stężenie jonów H3O+ w czystej wodzie w temp. 25°C wynosi 10-7 mol/l[6], a jej pH = -log(10-7) = 7[7]. Ponieważ w czystej wodzie stężenie jonów wodorowych i wodorotlenowych jest takie samo, woda (czysta) ma odczyn obojętny (pH wynosi 7). W roztworach o pH < 7 stężenie jonów wodorowych jest większe niż wodorotlenowych i roztwory takie mają odczyn kwasowy, natomiast w roztworach o pH > 7 większe jest stężenie jonów wodorotlenowych, więc roztwory takie mają odczyn zasadowy.

Rozpuszczenie w wodzie silnego kwasu (np. HCl) prowadzi do jego dysocjacji:

HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl-

Dla tak silnego kwasu jak HCl równowaga tej reakcji jest niemal całkowicie przesunięta w stronę prawą (a więc w stronę jonów H3O+ i Cl-) dlatego po dodaniu do wody takiej ilości HCl, aby w jednym litrze uzyskanego w ten sposób roztworu znajdował się 1 mol HCl otrzymuje się stężenie jonów H3O+ równe 1 mol/l, co jak łatwo policzyć daje pH = 0[8].

Z drugiej strony w roztworze, w którym znajduje się 1 mol NaOH w jednym litrze występuje stężenie jonów OH- równe 1 mol/l. Jony OH- przesuwają silnie równowagę reakcji dysocjacji wody powodując, że stężenie jonów H3O+ spada do poziomu 10-14 mol/l, a zatem do pH = 14. Wynika to stąd, iż stały musi pozostać iloczyn jonowy wody, czyli iloczyn stężeń jonów H3O+ i OH-, równy 10-14 (w 25 °C)[9].

Praktyczny zakres skali pH [edytuj]

Ze względu na to, że skala pH została zdefiniowana pierwotnie dla rozcieńczonych roztworów kwasów, zasad i soli jej zastosowanie poza zakresem od 0 do 14 jest rzadko spotykane i prowadzi do zaskakujących, sprzecznych z intuicją rezultatów. Wynika to z faktu, że w zakresie wyższych stężeń, odczyn roztworów nie jest już zupełnie logarytmiczną funkcją stężenia jonów hydroniowych lecz raczej ich aktywności molowych. Na przykład roztwór kwasu siarkowego o stężeniu 7,622 mol/dm³ ma pH mierzone metodami galwanometrycznymi równe -3,13, co formalnie powinno odpowiadać hipotetycznemu stężeniu ok. 1348,96 mol/dm³. Takie niskie pH stężonych roztworów kwasu siarkowego wynika z faktu, że teoretycznie obliczony współczynnik aktywności jonów hydroniowych w takim roztworze przyjmuje bardzo wysoką wartość, rzędu 165[10].

W praktyce, przy wysokich stężeniach silnych kwasów i zasad ich reakcja z wodą traci na znaczeniu, a zyskuje autodysocjacja samych kwasów i zasad. Stała równowagi reakcji autodysocjacji kwasów i zasad jest zatem bardziej uniwersalną miarą ich mocy niż skala pH.

Z tych samych względów dla stężonych, wodnych układów kwasowo/zasadowych oraz dla roztworów kwasów i zasad w innych niż woda rozpuszczalnikach nie stosuje się skali pH, lecz minus logarytm ze stałej równowagi autodysocjacji kwasów i zasad, który jest oznaczany skrótami pKa i pKb. Związki chemiczne posiadające wyjątkowo małe pKa lub pKb są nazywane odpowiednio superkwasami i superzasadami.

Oznaczanie kwasowości [edytuj]

Do określania pH używa się wskaźników kwasowości, czyli substancji, których kolor zależy od pH roztworu. Do popularnych wskaźników należą:

* błękit bromotymolowy,

* błękit tymolowy,

* czerwień metylowa,

* fenoloftaleina,

* lakmus,

* oranż metylowy.

W praktyce używa się zwykle papierków nasączonych mieszaniną substancji wskaźnikowych, które zmieniają kolor w szerokim zakresie pH. Chemiczne wskaźniki pH stosuje się także w miareczkowaniu do dokładnego określania stężenia roztworów związków chemicznych wykazujących odczyn kwasowy lub zasadowy.

W warunkach domowych jako wskaźniki można wykorzystać niektóre substancje pochodzenia roślinnego, np. wywar z liści czerwonej kapusty lub sok z czarnego bzu.

Dokładniejszych pomiarów pH dokonuje się metodą potencjometryczną, którą nazywa się pH-metrią. Wykorzystuje się w niej fakt, że zgodnie z teorią sformułowaną przez Nernsta, siła elektromotoryczna (SEM) ogniwa o identycznych elektrodach, lecz umieszczonych w roztworach o różnych stężeniach jonów hydroniowych, jest proporcjonalna do logarytmu stosunku tych stężeń. Tak więc, zanurzając jedną elektrodę w roztworze o znanym pH, a drugą w próbce, można na podstawie pomiaru SEM tak utworzonego ogniwa dokładnie ustalić pH próbki. Najdokładniejsze pomiary pH dokonuje się metodą miareczkowania potencjometrycznego, w której zobojętnia się mierzoną próbkę dokładnie odmierzanymi ilościami kwasu lub zasady, aż do uzyskania SEM = 0 ogniwa pH-metrycznego.

Jaki składnik roztworów kwasów i zasad zmienia zabarwienie wskaźników?

Tymi składnikami są jony, które pojawiają sie w roztworze z chwilą rozpuszczenia kwasu i zasady. Jonami odpowiedzialnymi za zabarwienie wskaźników w przypadku kwasów są jony wodorowe H+ a w przypadku zasad jony wodorotlenowe OH-. Ponadto zauważono, że intensywność zabarwienia wskaźnika zależy od stężenia jonów wodorowych H+, gdy ma on odczyn kwasowy, oraz od stężenia jonów wodorotlenowych OH- - gdy roztwór jest zasadowy.

W przypadku gdy w roztworze stężenie jonów wodorowych H+ jest równe stężeniu jonów wodorotlenowych OH- to roztwór ma odczyn obojętny.

W 1909 roku Peter Lauritz Sorensen wprowadził pojęcie pH roztworu jako miary kwasowości i zasadowości roztworów. Przyjęta skala jest czternastostopniowa. W tej skali roztwory dla których:

* pH jest mniejsze jak 7 mają odczyn kwasowy

* pH jest równe 7 mają odczyn obojętny

* pH jest większe jak 7 mają odczyn zasadowy

Pojęcie pH zadomowiło się w języku codziennym. Często wartośc pH jest podawana na opakowaniach kosmetyków, różnego rodzaju napoi, w reklamach. Celem jest oczywiście zwrócenie uwagi na odczyn roztworu.

Znajomość skali pH i reakcji środowiska na zmiany pH, pozwala nam kontrolować i dobierać tak substancje aby przebiegające procesy były optymane dla danego układu. Szczególnie jest to ważne dla procesów biologicznych, które są bardzo czułe na mninimalne zmiany pH.

Przykład: Gleba, na której sadzimy rośliny, musi mieć odpowiednie pH, by zapewnić roślinom optymalne warunki wegetacji.

Wartości pH niektórych roztworów znanych Wam z życia są następujące:

* krew pH = 7,35 - 7,45

* mleko pH = 6,5

* sok żołądkowy pH = 1,0 - 2,0

* ocet pH = 3,0

* coca cola pH = 2,5 - 3,0

* woda destylowana pH = 7,0