Большая Советская Энциклопедия (КИ)

Большая Советская Энциклопедия

Д. Л. Аскинази.

Кислотно-щелочное равновесие

Кисло'тно-щелочно'е равнове'сие, кислотно-щелочной баланс, кислотно-щелочное состояние, совокупность физико-химических и физиологических процессов, обусловливающих относительное постоянство водородного показателя (pH) внутренней среды организма. В норме pH крови человека поддерживается в пределах 7,35—7,47, несмотря на поступление в кровь кислых и основных продуктов обмена веществ. Постоянство pH внутренней среды организма — необходимое условие нормального течения жизненных процессов (см. Гомеостаз ). Значения pH крови, выходящие за указанные пределы, свидетельствуют о существенных нарушениях в организме, а значения ниже 6,8 и выше 7,8 несовместимы с жизнью. В регуляции постоянства pH крови принимают участие буферные системы крови [состоят из слабых кислот и их солей, образованных сильными основаниями, например гемоглобин , обладающий свойствами слабой кислоты, и его калиевая соль; угольная кислота (H₂ CO₃ ) и бикарбонат натрия (NaHCO₃ )

и др.] и многие физиологические системы организма. Механизм сохранения К.-щ. р. буферными системами можно пояснить на примере действия бикарбонатного буфера. Если в кровь поступает сильная кислота, например соляная, то она реагирует с бикарбонатом; при этом образуется слабая угольная кислота, почти не меняющая pH среды (NaHCO₃ + HCl = NaCI + H₂ CO₃ ). При поступлении в кровь сильного основания оно, реагируя с угольной кислотой, образует бикарбонат, не изменяющий заметно рН крови. По мере накопления угольной кислоты или бикарбонатов емкость бикарбонатного буфера должна была бы быстро истощиться, но этого не происходит вследствие действия физиологических систем (например, дыхательной системы, выделительной и др.), восстанавливающих ёмкость бикарбонатного буфера. Так, при накоплении угольной кислоты последняя удаляется через лёгкие, избыток же бикарбоната выводится через почки. Сдвиг pH крови в кислую сторону называется ацидозом , в щелочную — алкалозом. pH большинства тканевых жидкостей организма поддерживается на уровне 7,1—7,4.

Лит.: Робинсон Дж. Р., Основы регуляции кислотно-щелочного равновесия, пер. с англ., М., 1969.

В. П. Мишин.

Кислотные красители

Кисло'тные краси'тели, растворимые в воде красители анионного характера; преимущественно это антрахиноновые красители и азокрасители . Широко применяются для окраски шерсти, натурального шёлка и полиамидного волокна, а также кожи, меха, бумаги, древесины и других материалов. Целлюлозными волокнами не адсорбируются. См. также Крашение .

Лит.: Андросов В. Ф., Голомб Л. М., Синтетические красители в текстильной промышленности, М., 1968.

Кислотоупорность

Кислотоупо'рность, кислотостойкость, способность материалов противостоять разрушающему действию кислот. К. зависит от природы материала, окислительно-восстановительных свойств среды, природы анионов, концентрации и температуры кислот. Например, хром и хромистые стали устойчивы в 40%-ной азотной кислоте и интенсивно разрушаются в 40%-ной серной. С повышением температуры К. материалов снижается. Следует различать К. в жидкой и парогазовой фазах и на их границе. К. металлических материалов определяется по потерям массы с единицы поверхности (г/м² в ч ). К. неметаллических органических материалов оценивается по степени набухаемости и изменению механических свойств (предела прочности, предела текучести, удлинения при разрыве и др.). К. неметаллических неорганических материалов определяется по изменению массы измельченного материала после обработки кислотой. См. также Кислотоупорные материалы , Коррозионностойкие материалы .

В. П. Батраков.

Кислотоупорные материалы

Кислотоупо'рные материа'лы, кислотостойкие материалы, металлические и неметаллические материалы, стойкие против разрушающего действия кислот. Среди металлических К. м. наиболее широкое применение находят деформированные и литейные высоколегированные стали, сплавы на основе Ni, Cu и Al, чистые металлы: Ni, Al, Cu и Pb. Перспективно применение Ti и сплавов на его основе. Для особо ответственных конструкций используют Zr, Та, Nb и их сплавы. При выборе металлических К. м. учитывают окислительно-восстановительные свойства среды (окислительно-восстановительный потенциал), а также природу анионов, концентрацию и температуру кислот. В окислительных средах успешно применяются материалы, на поверхности которых при воздействии агрессивной среды образуется плёнка химического соединения с высокими защитными свойствами (нержавеющие стали, нихромы, Al и сплавы на его основе, Ti, высокохромистые и высококремнистые чугуны). В сильноокислительных средах возникает перепассивация многих нержавеющих сталей и никелевых сплавов. В восстановительных средах применяют металлические материалы, имеющие высокую термодинамическую устойчивость: Cu; Ni; никелевые сплавы, содержащие Мо (хастелои ) или Cu (монель-металлы ); титановые сплавы, легированные Мо. В слабоокислительных и слабовосстановительных средах применяют сложные по химическому составу стали и сплавы, легированные металлами, повышающими их пассивируемость и термодинамическую устойчивость: высоколегированные Ni, Мо и Cu нержавеющие стали, никелевые сплавы с добавками Cr, Мо и W, Ti с небольшим количеством Pd и др.

Неметаллические К. м. подразделяют на органические и неорганические. Среди органических К. м. всё возрастающее применение находят полимерные материалы: фаолит, поливинилхлорид , полиэтилен , полипропилен, поликарбонат, фторопласты и др. Фторопласты отличаются наибольшей химической стойкостью, они не разрушаются даже в сильноокислительных средах. Из указанных материалов изготавливаются листы, трубы, прутки, фасонные изделия. Многие из них хорошо свариваются, склеиваются, армируются стеклянным волокном . В качестве теплопроводящего К. м. применяют графит, в том числе пропитанный различными смолами. К неорганическим К. м. относятся: кислотоупорная керамика, каменное литьё, силикатные и кварцевые стекла , ситаллы , асбест, фарфор, кислотоупорные эмали, замазки, бетон и цемент. См. также Коррозионно-стойкие материалы .

Лит.: Батраков В. П., Коррозия конструкционных материалов в агрессивных средах. М., 1952: Пластмассы и синтетические смолы в противокоррозионной технике, М., 1964; Клинов И. Я., Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие материалы, 4

изд., М., 1967.

В. П. Батраков.

Кислотоустойчивые бактерии

Кислотоусто'йчивые бакте'рии, виды бактерий, клетки которых после окрашивания карболовым фуксином в красный цвет не обесцвечиваются раствором серной кислоты. Это связано с особенностями химического состава бактериальных клеток. Оптимальная реакция для роста К. б. не кислая, а нейтральная. К ним относятся некоторые виды микобактерий , в том числе болезнетворные, вызывающие проказу, туберкулёз (как животных, так и человека), а также встречающиеся в почве бактерии, фиксирующие молекулярный азот.

Кислоты

Кисло'ты, химические соединения, содержащие водород, способный замещаться металлом с образованием солей, и диссоциирующие при растворении в воде с образованием ионов Н⁺ (протонов) или, точнее, ионов гидроксония H₃ O⁺ . По современным представлениям, к К. относятся также некоторые соединения, не содержащие водорода (подробнее см. Кислоты и основания ).

Кислоты и основания

Кисло'ты и основа'ния, классы химических соединений. Обычно кислотами называют вещества, содержащие водород (HCl, HNO₃ , H₂ SO₄ , CH₃ COOH и т.д.) и диссоциирующие в воде с образованием ионов Н⁺ (точнее, ионов гидроксония H₃ O⁺ ). Присутствие этих ионов обусловливает характерный острый вкус водных растворов кислот, а также их способность изменять окраску индикаторов химических . По числу отщепляющихся протонов различают кислоты одноосновные (например, азотная HNO₃ , соляная HCl, уксусная CH₃ COOH), двухосновные (серная H₂ SO₄ , угольная H₂ CO₃ ), трехосновные (ортофосфорная H₃ PO₄ ). Чем больше ионов гидроксония присутствует в водном растворе кислоты, т. е. чем выше степень диссоциации последней, тем кислота сильнее. Кислоты, полностью диссоциированные в разбавленных растворах, называют сильными. К слабым относятся кислоты с константой ионизации (характеризующей степень диссоциации кислоты в растворе, например, при 25 °С) ниже 10^{– 5} (уксусная 1,8x10^{– 5} , синильная 7,9x10^{– 10} ). Диссоциация многоосновных кислот происходит в несколько ступеней, каждая из которых имеет свою константу ионизации. Например, константа ионизации H₃ PO₄ на

Н⁺ и H₂ PO^– ₄ 7x10^{– 3} , H₂ PO₄^– на Н⁺ и HPO₄^2- 8x10^{– 8} , HPO₄^2- на Н+ и PO₄^3- 4,8x10^{– 13} . Об органических кислотах см. также Карбоновые кислоты . Основаниями обычно называют вещества, содержащие гидроксильную группу OH [КОН, NaOH, Ca (OH)₂ и др.] и способные диссоциировать в водном растворе с образованием гидроксильных ионов OH^– . Большинство оснований нерастворимо в воде. Растворимые в воде основания называют щелочами . Присутствием ионов OH^– и объясняется характерный щелочной вкус растворов щелочей, а также их способность изменять окраску индикаторов. Основания с 1, 2, 3 гидроксильными группами называются соответственно одно-, двух-, трёхкислотными. Не полностью диссоциирующие при растворении в воде основания называются, как и кислоты, слабыми. К сильным основаниям относятся гидроокиси калия KOH, натрия NaOH, бария Ba (OH)₃ . О принципах установления названий К. и о. см. Номенклатура неорганических соединений .

Понятия К. и о. возникли ещё на заре развития химии. В 1778 французский химик А. Л. Лавуазье попытался объяснить особенности свойств кислот содержанием кислорода. Несостоятельность такого мнения стала очевидной, когда оказалось, что многие кислородсодержащие вещества (окислы металлов, щелочи, соли и др.) не проявляют кислотных свойств, а ряд типичных кислот (соляная, синильная, плавиковая и др.), как показали английский учёный Г. Дэви (1810) и французский учёный Ж. Л. Гей-Люссак (1814), не содержат кислорода. Шведский химик И. Я. Берцелиус (1812—19) видел причину кислотных и основных свойств в электрической природе окислов: электроотрицательные окислы неметаллов (и некоторых металлов — хрома, марганца) он считал кислотами, а электроположительные окислы металлов — основаниями. В 1814 Г. Дэви предложил признать носителем кислотных свойств водород, входящий в состав всех известных тогда соединений, обладающих кислотными свойствами, а немецкий химик Ю. Либих (1833) внёс существенное уточнение, что кислотные свойства вещества обусловлены не всеми содержащимися в нём атомами водорода, а лишь теми из них, которые могут замещаться металлом с образованием солей . После появления (1884—87) теории электролитической диссоциации шведского учёного С. Аррениуса кислотами стали называть соединения, при диссоциации которых в водном растворе образуются ионы водорода Н⁺ , а основаниями — соединения, диссоциирующие с отщеплением иона гидроксила OH^– . По мере развития теории растворов стало ясно, что важную роль в процессе электролитической диссоциации веществ играет взаимодействие как самих веществ, так и продуктов их диссоциации с растворителем. Было выяснено также, что ион Н⁺ не может находиться в растворе в свободном виде: вследствие очень высокой плотности заряда он прочно соединяется с молекулами растворителя (сольватируется) и реально существует в виде сольватного иона, в водных растворах — иона гидроксония, который и является носителем кислотных свойств.