Химия по жизни. Как устроен наш быт, отношения, предметы и вещи с точки зрения химических реакций, атомов и молекул - Кейт Бибердорф

весьма мощный инструмент в лаборатории, поскольку они устойчивы к незначительным изменениям pH. Именно поэтому они считаются идеальными чистящими средствами для бассейна или джакузи – по правде говоря, я надеюсь, что у меня когда-нибудь будет свой бассейн и джакузи. А сейчас давайте притворимся, что у нас они есть. Чтобы уничтожить бактерии и различные микроорганизмы, при этом не изменяя pH воды, мы будем использовать буфер. Наиболее распространенным буфером является раствор из хлорноватистой кислоты и иона гипохлорита (слабой кислоты и сопряженного основания).

Идеальный буфер должен содержать 50 % слабой кислоты и 50 % сопряженного основания (или 50 % хлорноватистой кислоты (HClO) и 50 % иона гипохлорита (OCl-)). Если соблюсти рецептуру, то буфер будет поддерживать pH воды на отметке 7,52. Это означает, что, если в буфер добавить немного кислоты или основания, pH буфера практически не изменится.

Давайте рассмотрим этот процесс на примере джакузи. Если в воду с буфером попадет инородный предмет слабокислой среды, то основной компонент буфера вступит в реакцию с кислотой, нейтрализуя «угрозу». В данном случае это означает, что ионы гипохлорита (OCl-) вступят в реакцию с ионами гидроксония (H3O+) в кислоте (акация/мимоза). Когда вся кислота будет нейтрализована, ожидается, что значение pH снизится, но будет близким к 7,5.

Но если в джакузи попадет инородный предмет щелочной среды (мыло для рук), то основной компонент буфера ничего не сможет сделать, чтобы минимизировать изменение pH. Кислотная часть буфера вступит в реакцию с основанием, пытаясь нейтрализовать его. В данном случае хлорноватистая кислота (HClO) вступит в реакцию с ионами гидроксида (OH-) из основания (мыла для рук). Ожидается, что во время этого процесса pH немного изменится, но в конце концов pH воды будет близким к значению 7,5.

А теперь давайте представим, что на ваш задний двор пробрался саботажник и вылил в джакузи тонну белизны. Если бы произошла такая ситуация, то хлорноватистая кислота в воде продолжала бы взаимодействовать с гипохлоритом натрия до тех пор, пока вся хлорноватистая кислота не израсходуется. Когда это случится, pH воды начнет резко увеличиваться со значения 7,52 до 12 или выше.

С другой стороны, если этот козел добавит в ваше джакузи аккумуляторную кислоту, то ионы гипохлорита будут вступать в реакцию с кислотой до тех пор, пока не останется ни одного иона гипохлорита. В таком случае pH воды резко упадет со значения 7,52 до 2 или ниже. Если с вашей джакузи произойдет любая из этих ситуаций, то оно будет выглядеть грязным, из-за чего вам придется добавить в воду много буфера (ну, или купить новое джакузи).

Я понимаю, что это логично, но буферы – это не волшебная таблетка. Они не могут противостоять большому количеству кислых или осно́вных инородных веществ, а хорошо справляются только с небольшим количеством молекул. И это приводит нас к концепции буферных емкостей. Как я уже упоминала ранее, у идеального буфера соотношение слабой кислоты и сопряженного основания (или слабого основания и сопряженной кислоты) составляет 1:1. При таком соотношении буфер может справиться с большим количеством кислоты или основания.

Буферы продолжают справляться со своими задачами до тех пор, пока соотношение кислот и оснований остается в диапазоне от 1:1 до 1:10. Но если соотношение состава будет больше или меньше указанного диапазона, то буферы перестанут работать и pH воды резко изменится, как только в воду попадут очередные кислоты или основания. Обычно это очевидно: потому что вода меняет свой цвет, а иногда у нее появляется неприятный запах. Все это – верный признак того, что пришло время очистить воду в вашем джакузи или бассейне.

Мне нравится сравнивать буферную емкость с употреблением алкоголя. Представьте себе первокурсника, который еще не понял свой предел. В восемнадцать лет ему, вполне возможно, достаточно одного или двух шотов, чтобы потерять контроль над собой. После третьего шота его страсть к алкоголю снижается, и алкоголь начинает влиять на основную человеческую функцию. На четвертом или пятом шоте сознание бедного ребенка затемняется, и… и человек больше не может продолжать пить. То же самое с водой и буфером – буфер не может противостоять большому количеству кислоты или основания.

В случае с бассейном или джакузи буфер остается в воде до тех пор, пока не вступит в реакции со слишком большим количеством инородных предметов или веществ (к примеру, с бактериями) в слабокислой или щелочной среде. Рекомендуется проверять уровень хлора и pH два или три раза в неделю, но мне кажется это чрезмерным. Конечно, если вы не душа вечеринок или если вы не живете в дождливых районах. Если вы обитаете в нормальных климатических условиях, достаточно проверять эти показатели раз в неделю.

Возможно, вы в чем-то похожи на моего брата: он настолько разочаровался в своем бассейне, что начал использовать раствор морской воды вместо буферного раствора из хлорноватистой кислоты. Эта система предполагает наличие слабого электрического тока, так что хлорид натрия (NaCl) разлагается на натрий (Na+) и газообразный хлор (Cl2). Этот процесс называется электролизом, и он используется как внешний источник энергии для электронов, заставляя их двигаться от низкой энергии к высокой.

Когда это происходит, ионы натрия образуют межмолекулярные взаимодействия с водой, в результате чего возникает соленая вода; в это же время газообразный хлор растворяется, образуя упомянутую ранее хлорноватистую кислоту. Если в вашем бассейне нет уровня pH, то соляная ячейка превратит поваренную соль в газообразный хлор, который сразу же создаст белизну – так у вас есть гарантия, что в вашем бассейне не начнут расти водоросли или другая гадость.

Есть еще одна категория чистящих средств, на которую я хотела бы обратить ваше внимание: натуральные чистящие средства. Знаете, обычно на упаковке таких средств написано что-то вроде «без химикатов» или «натуральный состав».

Во-первых, химия есть везде. Если в веществе, предмете или чем-то еще есть хотя бы один атом, это химическое вещество. А из первой главы мы знаем, что атомы есть у всего.

Во-вторых, обычно натуральное чистящее средство является молекулой какого-то растения. Но это не гарантирует, что оно будет намного лучше (или хуже) средства, полученного синтетическим путем. Если посмотреть на ситуацию с химической точки зрения, то в большинстве чистящих средств содержатся молекулы, являющиеся либо основанием, либо кислотой. А люди, утверждающие, что они используют силу лимона, просто пользуются кислотными свойствами лимонной кислоты.

Когда я покупаю средство для уборки, я всегда смотрю, чтобы средство было безопасно для окружающей среды. Я не хочу пользоваться чем-то, что содержит фосфаты или выделяет токсичные газы. А еще я не