Tiểu luận hóa sinh thực phẩm Tìm hiểu về nước và tính năng của nước trong sản xuất chế biến thực phẩm

Mỗi nguyên tử hydro góp một điện tử vào đôi điện tử chung với nguyên tử oxy để tạo thành cái gọi là liên kết cộng hóa trị,ba nguyên tử kết hợp thành phân tử nước không nằm trên cùng một

BỘ CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO ĐỀ TÀI

TÌM HIỂU VỀ NƯỚC VÀ TÍNH NĂNG CỦA NƯỚC TRONG SẢN XUẤT CHẾ

BIẾN THỰC PHẨM

Giảng viên bộ môn : NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG Thành viên của nhóm : ĐOÀN THỊ KIM ÁNH 10314511 TRẦN QUỐC DŨNG 10339761

I.1.2 Hình thái của nước trên trái đất 4

I.3 HÀM LƯỢNG VÀ TRẠNG THÁI CỦA NƯỚC TRONG THỰC PHẨM 5

I.5.1.1 Khối lượng riêng 9 I.5.1.2 Nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc 10 I.5.1.3 Nhiệt dung riêng 10 I.5.1.4 Sức căng bề mặt 11 I.5.2 Tính chất hóa học 11

I.7.1 Dạng ion của nước 13

I.7.3 phương trình henderson-hasselbalch 15

I.8.1 Một số khái niệm 16

I.8.2 Sự thẩm thấu nước vào tế bào 17

I.9 HOẠT ĐỘ CỦA NƯỚC VÀ ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT HẤP THỤ 19

I.9.1 Hoạt độ của nước 19 I.9.1.1 Công thức tính hoạt độ nước 19 I.9.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ nước 20 I.9.1.3 Phương pháp điều chỉnh hoạt độ nước 21 I.9.2 Đường đẳng nhiệt hấp thụ 21 I.9.3 Tác dụng của đường đẳng nhiệt hấp thụ 23

PHẦN II: TÍNH NĂNG CỦA NƯỚC TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 24 II.1 VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG SẢN XUẤT CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 24 II.2 ẢNH HƯỞNG CỦA HOẠT ĐỘ NƯỚC ĐẾN THỰC PHẨM 24

II.2.1 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến phản ứng oxy hóa chất béo 24 II.2.2 Ảnh hưởng của nước đến phản ứng sẫm màu enzyme 25 II.2.3 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến sự phát triển của vi sinh vật 26 II.2.4 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến tính chất lưu biến của thực phẩm 26 II.2.5 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến giá trị dinh dưỡng 27 II.2.6 Ảnh hưởng của nước đến cấu trúc rau quả tươi 27 II.2.7 Nước tham gia vào cấu trúc và trạng thái của các sản phẩm chế biến thực phẩm 27

MỤC LỤC HÌNH

Trang

Hình I.2: Cấu trúc của đám mây điện tử của phân tử nước 6

Hình I.9 : Đường đẳng nhiệt hấp thụ và phản hấp thụ 22

Nước là hợp chất hóa học độc nhất có rất nhiều tính chất quan trọng Chủ yếu là

do phương thức liên kết giữa hydro và oxy tạo nên Mỗi nguyên tử hydro góp một điện tử vào đôi điện tử chung với nguyên tử oxy để tạo thành cái gọi là liên kết cộng hóa trị,ba nguyên tử kết hợp thành phân tử nước không nằm trên cùng một đường thẳng

Hạt nhân nguyên tử oxy có điện tích dương mạnh nên có xu hướng kéo điện tử bật khỏi nguyên tử hydro bé hơn, như vậy nó có ưu thế hơn trong mối liên kết cộng hóa trị Kết quả là phân tử nước có điện tích dương gần mỗi nguyên tử hydro và có điện tích âm ở khu vực gần nguyên tử oxy Những phân tử như thế gọi là những phân tử phân cực chính do những phân tử phân cực mài nước có những tính năng dị thường

Vì có những tính năng đó mà nước là hợp chất vô cơ duy nhất tồn tại ở cả ba trạng thái rắn lỏng và khí

Do phân cực, các phân tử hấp dẫn nhau Điều đó giải thích tại sao nước lại ở thể lỏng trong nhiệt độ vá áp suất bình thường Sự hấp dẫn tĩnh điện giữa các phân tử nước tạo nên mối liên kết yếu gọi là liên kết hydro

Trong nước đóng băng,toàn bộ các liên kết đều là mạnh cực đại và do đó các phân

tử đều phân bố trong một cấu trúc mạng lưới chuẩn

I.1.2 Hình thái của nước trên trái đất

Thuỷ quyển là lớp vỏ lỏng không liên tục bao quanh trái đất gồm nước ngọt, nước mặn ở cả ba trạng thái cứng, lỏng và hơi Thuỷ quyển bao gồm đại dương, biển, ao hồ, sông ngòi, nước ngầm và băng tuyết Khối lượng của thuỷ quyển khoảng 1,4.1018 tấn Trong đó đại dương có khối lượng chiếm 97,4% toàn bộ thuỷ quyển Phần còn lại là băng trên núi cao và hai cực trái đất chiếm 1,98%, nước ngầm chiếm 0,6%; ao, hồ, sông, suối, hơi nước chỉ chiếm 0,02%

I.2 VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG ĐỜI SỐNG

Trái đất là hành tinh duy nhất trong hệ mặt trời có sự sống do bởi có chứa một lượng nước trên nó…Nước là tài nguyên vật liệu quan trọng nhất của loài người và sinh vật trên trái đất Con người mỗi ngày cần 250 lít nước cho sinh hoạt, 1.500 lít nước cho hoạt động công nghiệp và 2.000 lít cho hoạt động nông nghiệp Nước chiếm 99% trọng lượng sinh vật sống trong môi trường nước và 44% trọng lượng cơ thể con người Ðể sản xuất 1 tấn giấy cần 250 tấn nước, 1 tấn đạm cần 600 tấn nước và 1 tấn chất bột cần 1.000 tấn nước

Ngoài chức năng tham gia vào chu trình sống trên, nước còn là chất mang năng lượng (hải triều, thuỷ năng), chất mang vật liệu và tác nhân điều hoà khí hậu, thực hiện các chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên Có thể nói sự sống của con người

và mọi sinh vật trên trái đất phụ thuộc vào nước

Trong cơ thể người và động vật nhờ nước mà các phản ứng thủy phân thức ăn mới tiến hành được

I.3 HÀM LƯỢNG VÀ TRẠNG THÁI CỦA NƯỚC TRONG THỰC PHẨM

Dựa vào hàm lượng nước có thể chia các sản phẩm thực phẩm thành ba nhóm:

- nhóm các sản phẩm có hàm lượng nước cao( trên 40%) VD: Cam, Dừa, Cà chua…

- nhóm các sản Phẩm có hàm lượng nước trung bình( từ 10-40%);

- nhóm các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng nước thấp( dưới 10%);

Trong các sản phẩm thực phẩm, nước thường tồn tại dưới hai dạng: nước tự do và nước liên kết

Nước tự do là chất lỏng giữa các mixen Nước tự do có tất cả các tính chất của nước nguyên chất

Nước liên kết được hấp thụ bền vững trên bề mặt các mixen và thường tồn tại dưới một áp suất rất đáng kể do trường lực phân tử quyết định do đó khó bốc hơi Tùy mức liên kết, dạng nước này lại chia ra làm ba loại:

- nước liên kết hòa học, liên kết rất chặt chẽ với vật liệu và chỉ có thể tách ra khi

có tương tác hóa học hoặc khi xử lý nhiệt tương đối mạnh mẽ Nước liên kết hóa học hoặc ở dạng nước hydrat có trong thành phần của các nhóm hydroxyl( liên kết ion) hoặc ờ dạng nước của hợp chất phân tử dưới dạng tinh thể hyrat:

- Nước liên kết hấp thụ hay nước liên kết hóa lý có độ bền của liên kết ở mức trung bình và được tạo thành do các phản ứng có cực nằm ở trên bề mặt sản Phẩm hút các lưỡng cực của nước Khi tạo thành liên kết kiểu này, các phân tử nước có khả năng bảo toàn được các tính chất của mình;

- Nước liên kết mao quản hay là nước liên kết cơ lý được hấp thụ bởi các phần tử

ở bề mặt mao quản rồi đi vào bên trong, ngưng tụ và làm đầy các mao quản

I.4 CẤU TẠO CỦA NƯỚC

Hình I.1 :Mô hình phân tử nước

Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hyđrô và một nguyên tử ôxy Về mặt hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45° Độ dài giữa hạt nhân của nguyên tử oxy và hyđro trong liên kết O-H bằng 0.9584Ǻ (0.9584*10-8cm)

Đám mây điện tử trong phân tử nước hình thành do sự phối hợp của 5 cặp điện tử của các nguyên tử oxy và hyđro Các cặp điện tử đó phân bố như sau:

§ Một cặp bên trong bao quanh hạt nhân oxy

§ Hai cặp ngoài phân bố không đều nhau giữa các nhân nguyên tử oxy và hyđro: lệch nhiều hơn về phía oxy

§ Hai cặp điện tử còn lại của oxy không đem góp chung với hyđro, điện tích của chúng phần nào không được điều hòa trong phân tử

Hình I.2: Cấu trúc của đám mây điện tử của phân tử nước

Như vậy phân tử nước có bốn cực điện tích: Hai cực âm tương ứng các cặp điện tử

dư của oxy, và hai cực dưong tương ứng với hai nhân nguyên tử hyđro có mật độ điện

tử thấp Có thể hình dung các cực điện tích đó phân bố ở bốn đỉnh của một hình tứ diện không đều:

Hình I.3: Sự phân bố các cực điện tích

Do sự phân bố điện tích đối xứng như vậy, phân tử nước biểu hiện tính phân cực

rõ ràng Nó là một lưỡng cực có momen lưỡng cực bằng 1.87 Đêbai Do độ phân cực lớn như vậy mà nước có khả năng hòa tan và ion hóa được nhiều hợp chất khác nhau Trong nước, ngoài các phân tử nước đơn giản H2O, còn chứa những phân tử liên hợp, được biểu diễn bằng công thức tổng quát [H2O]x, x không xác định và luôn luôn biến đổi, có trị số nguyên nhỏ x = 1, 2, 3, 4…

Hiện tượng liên hợp trong nước luôn xảy ra và cũng luôn bị phá vỡ Số phân tử nước đơn giản trong phân tử liên hợp thay đổi tùy trạng thái của nước Chẳng hạn nước đá với cấu trúc tinh thể trong đó mỗi đơn phân được liên kết với bốn phân tử khác, có nghĩa là [H2O]5 Khi đun nóng, liên hơp phân tử bị phá hủy chuyển thành các liên hợp [H2O]2 và đến 100oC thì hầu hết các phân tử nước tồn tại dưới dang đơn phân [H2O]

Nguyên nhân cơ bản của sự tạo thành những liên hợp phân tử [H2O]x là liên kết hyđro Liên kết hyđro thường được hình thành giữa hai nguyên tử bất kỳ qua nguyên

tử hyđro

số rất ít

Do đó, trong tinh thể nước đá cứ một phân tử nước được bốn phân tử nước khác bao quanh tạo thành hình tứ diện đều, tâm là nguyên tử oxy và các góc là nguyên tử hyđro Tiếp theo mỗi nguyên tử oxy trong bốn phân tử liên hợp lại đóng vai trò làm nguyên tử trung tâm tạo thành những tứ diện khác Vậy là nước đá có cấu trúc không gian rỗng Ở trong nước lỏng, dạng phân tử liên hợp kép đôi [H2O]2 là dạng phổ biến

và bền vững nhất

Như vậy là do cấu trúc đặc thù của phân tử nước và do đó kéo theo khả năng tạo

ra cầu hyđro mà các phân tử sắp xếp liên hợp với nhau theo một trật tự rất cao khiến cho nước có những tính chất đặc biệt mà những hợp chất hóa học khác không thể có được

Các nhân tố có thể gây ảnh hưởng khác nhau đến cấu trúc của nước Các chất điện

ly có khả năng hyđrat hóa mạnh như Na+, K+, Cl- thường làm giảm số liên kết hyđro

Hình I.4: Liên kết hyđrô

giữa các phân tử nước, trong khi đó hyđrocacbon và các nhóm không cực ở các mạch bên của protein lại có xu hướng làm tăng số liên kết hyđro Các chất trong dung dịch vốn có khả năng tự hình thành các liên kết hyđro cũng có thể làm biến đổi hoặc không các liên hợp của phân tử nước phụ thuộc vào sự tương ứng hình học của chúng trong

hệ thống Chẳng hạn như ure thì có thể làm xáo trộn trong khi đó amoniac lại không

có ảnh hưởng Các chất có nhiều nhóm định chức khác nhau ( axit amin, protein) thì tác dụng lên cấu trúc của nước theo các nhóm này Trong các dung dịch rất đặc và trong các hệ thống bán khô các tính chất của nước bị biến đổi rất sâu sắc

Một số khí như freon, propan sẽ tạo với nứớc các hyđrat tinh thể ở nhiệt độ trên 0oC

Người ta lợi dụng tính chất này để cô đặc hoặc khử khoáng các dung dịch nước I.5 TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC

I.5.1 Tính chất vật lý

Nước là chất lỏng trong suốt, không màu, không mùi, không vị

I.5.1.1 Khối lượng riêng

Ở áp suất thường nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 3,98OC là 1g/ml Do nước trong tự nhiên chứa những tỷ lệ loại phân tử khác nhau vì vậy có khối lượng riêng không giống nhau (ví dụ như khối lượng riêng: nước mưa < nước tinh khiết < nước biển ).Tính chất đặc trưng của nước là khi đun nóng hay làm lạnh khối lượng riêng của nó đều giảm xuống Điều trên được giải thích là do liên kết hydro của nước, cũng như các chất khác khi nhiệt độ tăng thì các phân tử nước co lại ( các phân tử nước va chạm mạnh làm đứt liên kết hydro ) còn nhiệt độ lạnh nở ra (liên kết hydro bị đứt khá nhiều) sẽ làm cho khối lượng riêng nhỏ đi (ở đây ta có thể hình dung là đá nổi trên mặt nước, còn khi nước sôi thì hơi nước sẽ bay lên )

Hình I.7: Thay đổi trạng thái

nước

Hình I.6 : Nước sôi

Nhiệt độ, OC 0 4 15 20

Khối lượng

riêng, g/ml

0,999866 1,000000 0,999727 0,998230

Bảng I.1: Khối lượng riêng của nước theo nhiệt độ

I.5.1.2 Nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc

Do hiện tượng trùng hợp, nước có khối lượng mol nhỏ vào khoảng 18g/ mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện chuẩn Nước có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi đều cao hơn so với các hợp chất tương tự với nó

Nhiệt độ sôi của nước là nhiệt độ tại đó áp suất hơi bão hòa bằng áp suất khí quyển Do đó nhiệt độ sôi của nước giảm theo độ cao

Nước có ba trạng thái Ở dưới điểm đông đặc, nước ở trạng thái rắn là nước đá hay bông tuyết Giữa điểm đông đặc và điểm sôi nước là chất lỏng, được gọi là nước, trên điểm sôi nước ở dạng hơi, được gọi là hơi nước Nóng chảy là nước chuyển từ pha rắn sang pha lỏng Khi chuyển từ pha lỏng sang pha khí, người ta gọi đó là quá trình hơi Nước chuyển từ pha khí thành pha lỏng được gọi là quá trình ngưng tụ (như hiện tượng tạo sương ở phía ngoài ly nước đá) Quá trình đóng băng mô tả sự chuyển đổi của nước từ trạng thái khí sang rắn Khi nước chuyển đổi trực tiếp từ trạng thái rắn sang khí là quá trình thăng hoa

Hơi nước

Nước đá nước

Hình I.7: Thay đổi trạng thái nước

I.5.1.3 Nhiệt dung riêng

Nước có nhiệt dung riêng lớn nhất so với các chất lỏng và chất rắn khác Nhờ nhiệt dung riêng lớn, nước đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí hậu trên

trái đất Nhiệt độ cần thiết để đun nóng 1ml nước từ 14,5 – 15,5OC được dùng làm đơn

vị nhiệt gọi là calo

I.5.1.4 Sức căng bề mặt

Do sự tạo thành liên kết hydro, nước có sức căng bề mặt lớn hơn hầu hết các chất lỏng khác Sức căng bề mặt của nước là 73 dyn/ cm3 Sức căng bề mặt của nước có thể giảm xuống khi có thêm chất hoạt động bề mặt có tính chất thấm ướt như xà phòng, chất tẩy rửa tổng hợp Khi thêm chất hoạt động bề mặt các giọt nước nằm trên bề mặt trơn Chất hoạt động bề mặt cản trở sự tạo thành hydro giữa các phân tử nước Kết quả

là sức căng bề mặt giảm xuống, những giọt nước bị méo đi và nước chảy trải rộng ra

Về mặt hóa học, nước có khả năng phản ứng hóa học Nó kết hợp với nhiều oxit của các nguyên tố và với các muối, tương tác được với nhiều nguyên tố

Nước là dung môi tốt vì tính lưỡng cực Các hợp chất phân cực như axit, rượu và muối đều dễ tan trong nước Tính hòa tan trong nước đóng vai trò rất quan trọng, vì phần lớn các phản ứng xảy ra trong dung dịch nước

Quá trình nước hòa tan các chất là quá trình hydrat hóa là quá trình quan trọng đặc biệt trong các phản ứng hóa học Đối với các hợp chất điện ly, hydrat hóa xảy ra nhờ tương tác tĩnh điện giữa ion với phân tử lưỡng cực H2O hoặc nhờ liên kết cho nhận giữa các ion với phân tử H2O có cặp electron tự do ở nguyên tử oxy Đối với hợp chất không điện ly và điện li kém mà trong phân tử có nhóm OH như các axit yếu, các hợp chất hữu cơ như rượu, đường, quá trình liên kết hydrat hóa xảy ra nhờ lên kết hydro giữa nhóm OH với phân tử H2O

Những chất tan trong nước khi kết tinh từ dung dịch nước thường kèm theo một số phân tử nước gọi chung là hydrat tinh thể Khi để trong không khí có những hydrat tinh thể hút thêm nước từ khí quyển biến thành dung dịch (sự chảy rữa) Có những hydat tinh thể mất nước biến thành bột mịn (sự lên hoa) và có những hydrat không

biến đổi Nguyên nhân là tương quan áp suất của hơi nước trong không khí với áp suất hơi bão hòa của hydrat tinh thể và của dung dịch bão hòa của hydrat

Nước có khả năng phân ly thành nhiều muối bằng phản ứng thủy phân Thực chất

đó là tương tác giữa muối và ion H+ và OH- làm chuyển dịch cân bằng phân ly của

H2O Có những muối thủy phân hoàn toàn như hydrua, nitrua, photphua, cacbua và nhiều kim loại; một số thủy phân hoàn toàn như clorua của axit hữu cơ và một số thủy phân giới hạn như các este và muối axit yếu hay bazơ yếu

Trong nước, oxi có số oxi hóa -2, hydro +1 nên nước vừa có tính oxy hóa vừa có tính khử Những chất oxy hóa mạnh hay khử mạnh không thể tồn tại trong nước mà phân hủy nước giải phóng oxy hoặc hydro

Những chất oxy hóa trung bình hoặc khử trung bình thường cho phản ứng thuận nghịch với nước ở nhiệt độ cao Trong các chất oxy hóa chỉ có flo phản ứng với nước

ở nhiệt độ thường, các halogen khác phản ứng thuận nghịch Trong các chất khử photpho, cacbon , silic phản ứng không hoàn toàn khi đun nóng Những kim loại kiềm

và kiềm thổ phản ứng mạnh với nước ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ thấp Bột magie

và bột nhôm đang cháy sẽ tiếp tục cháy trong hơi nước ở 100OC Fe, Ni, Co, Cr cho phản ứng thuận nghịch ở 500OC Sn và Pb thực tế không phản ứng, Hg và các kim loại quý không phản ứng với nước ở bất kì nhiệt độ nào

Nước còn là chất xúc tác cho rất nhiều phản ứng Khi không có hơi nước, khí NO không hợp với O2 để tạo thành NO2, Fe không có khả năng tác dụng với clo tạo thành FeCL3

Người ta cũng đã chộn nước với nguyên liệu lỏng với tỉ lệ 30% nước và 70% dầu hỏa trong bộ điện siêu âm thu được nhũ hóa tương cháy Nhũ tương này cháy nhanh

và hoàn toàn Như vậy nếu thay không khí bằng nước để đốt nguyên liệu trong động

cơ thì giảm được lượng nitơ oxit trong khí thải do đó giảm ô nhiễm trong môi trường

I.6 KHẢ NĂNG HOÀ TAN CỦA NƯỚC

Khả năng hòa tan của nước phụ thuộc vào tính chất của nước,nước có khả năng khuếch tán và hòa tan nhiều chất hóa học

Nước là dung môi cực tốt,lí do chính là vì phân tư nước có thể tạo liên kết hydro với các phân tử của chất tan Muối ăn,natri clorua hầu như không tan trong các chất lỏng không phân cực như cloruaforom nhưng lại dễ dàng tan trong nước,do các cụm phân tử nước phân cực bao quanh ion natri và clo trong mang muối và hình thành liên kết hydro của chúng

Nước cũng sẳn sang hòa tan rất nhiều các chất hữu cơ không phải ion như là đường vì chúng chứa các nhóm bên phân cực Các phân tử nước tạo các liên kết hydro với các nhóm này do đó mà hòa tan chúng Cũng như vậy các phân tử nước có thể kết hợp quanh các đại phân tử vd: như bao quanh các phân tử protein để hình thành nên một loai dung dịch gọi là keo Nếu dung dịch keo loãng thì các phân tử khuếch tán đều khắp dung dịch,sự phân bố như vậy gọi là sol Ngược lại,các đại phân tử có thể liên kết với nhau tạo nên mạng lưới thưa ngăn cản sự chuyển đọng của các phân tử tan,dung dịch keo sẽ trở nên quánh đong kết và dược gọi là gel Một số keo có khả năng biến đổi từ sol(keo) sang gel(đông)

Một số các phân tử hữu cơ kể cả các detergent và phoospholipit(thành phần chủ yếu của màng tế bào)có cả các phần phân cực và không phân cực phần phân cực dể

dàng tan trong nước gọi là ưa nước,ngược lại gọi là kị nước chúng không chứa các nhóm tạo nên sự phân cực hoạt thiếu các nhóm có khả năng tạo thành liên kết hydro Các phân tử như thế có hình thành một lớp mỏng trên bề mặt nước hoạt có thể khuếch tán dưới dạng các phân tử nhỏ bé hình cầu gọi là mixen(micceles)

I.7 DẠNG ION CỦA NƯỚC

I.7.1 Dạng ion của nước

Nước lỏng thường ở dạng ion:hydrogene ion (H+) và hydroxide (OH) Tuy nhiên

ở dạng (H+) không phải là dạng đặc thù trong nước Thông thường trong nước, các proton này nằm ở dạng hydrat hydrogen ion:(H3O+), thường được gọi là hydro ion Mặc dầu vậy, theo thói quen nhiều nơi vẫn ghi dạng H+ Như vậy nước lỏng sẽ có dạng:

Trong phản ứng, theo định luật tác dụng khối lượng (1867), ở phương trình phản ứng phân ly, ta có:

Với Keq là hằng số cân bằng trong phản ứng

Từ đó ta thấy rằng nồng độ của nước tinh khiết(= 55,5M) lớn hơn so với nước trong dung dịch (do nước dung dịch có tạo thành liên kết hydro với chất khác) vậy trong nước tinh khiết ta có:

Kep x 5,55 = [H+][OH-] Với Kep = 1,8 x 10-16 vậy

1,8 x 10-16 x 55,5 = 1,0 x 10-14 = [H+][OH-] Trong nước kết tinh [H+]=[OH-] do đó

[H+]=[OH-]=1,0 x 10-7 M Vậy, khi [H+]=[OH-] thì dung dịch mang tính trung tính Tùy thuộc vào lượng [H+] và [OH-] mà ta xác định được dung dịch có mang tính acid hay bazơ

Từ nồng độ hydrogene ion ta cũng xác định được PH của dung dịch theo công thức:

H2O H+ + OH -

Keq =

[H+][OH-]

[ H2O ]

Ví dụ trong máu,thông thường pH = 7,4 và có khả năng dịch chuyển trong khoảng 7,35 – 7,45, phụ thuộc vào các lượng chất hòa tan trong đó Trong một vài trường hợp, đối với ( động vật bệnh hoặc người bị tai nạn, pH máu có thể bị thay đổi Sự nhiễm acid, là trạng thái pH của máu rơi xuống dưới 7,35 xảy ra khi mất cân bằng trong cơ thể, hoặc khi thận hỏng Sự nhiễm acid thường xảy ra với một số loại bệnh hoặc với người nhịn đói lâu pH bị giảm xuống dưới 7, thì bệnh thần kinh sẽ bị suy nhược và có thể dẫn đến tử vong

Khi pH máu tăng lên 7,45 thì sự nhiễm kiềm xảy ra Trạng thái này xảy ra khi nôn mửa hoặc khi sử dụng lượng lớn thuốc mang tính kiềm Trong trường hợp này hệ thần kinh sẽ kích động mạnh, hệ cơ bị chuyển sang trạng thái co thắt Nếu kéo dài tình trạng này cơ thể sẽ bị co giật và có thể dẫn đến ngưng thở

Như vậy ta có thể thấy sự ảnh hưởng rõ rệt của nồng độ hydrogen ion đến cơ thể sống Chính vì vậy, để kiểm soát và ổn định nồng độ này ta cần đến sự hiện diện của một loại dung dịch: dung dịch đệm

Vậy dung dịch đệm là gì ? nó là một dung dịch có khả năng kết hợp với hydrogen ion hoặc giải phóng ion này tùy thuộc vào trạng thái của dung dịch Dung dịch đệm giúp cho nồng độ của hydrogen ion gần như được ổn định Các dung dịch đệm thông dụng nhất bao gồm các axit yếu và các bazơ tương ứng của chúng Khả năng chống lại

sự thay đổi pH của các dung dịch đệm phụ thuộc vào khả năng thiết lập sự cân bằng trong dung dịch giữa các thành phần trong dung dịch đệm Các dung dịch đệm luôn tuân theo nguyên lý Le chatelier (phản ứng xảy ra theo chiều làm giảm sự căng thẳng của phản ứng)

Ví dụ dung dịch đệm acetat bao gồm: acid acetic và muối acetat Tác dụng đệm hình thành khi sử dụng dung dịch NaOH để trung hòa axit acetic:

CH3COOH + OH- CH3OO- + H2O Nếu cho thên hydrogen ion vào dung dịch đệm acetat, thì các ion này sẽ kết hợp với các anion acetat để tạo thành acid acetic :

H+ +CH3OO- CH3COOH Các phản ứng này làm giảm lượng hydrogen ion trong dung dịch và ổn định PH về gần giá trị của pH ban đầu của dung dịch

Nếu ion OH-, lúc này acid acetic sẽ bị phân ly thành anion acetat và hydrogen ion Các hydrogen ion này sẽ kết hợp với các ion OH- bị thêm vào thành phân tử H2O

Và như vậy lượng hydrogen ion cũng gần như không đổi

Khả năng của dung dịch đệm trong việc tác động đến pH của dung dịch phụ thuộc vào các yếu tố :

- Nồng độ mol của acid và baz tương ứng

- Phần trăm của acid và baz này trong dung dịch

Khả năng đệm của dung dịch tỷ lệ với phần trăm của các thành phần trong dung dịch Nói một cách khác phụ thuộc vào lượng H+ Hoặc OH- (có khả năng thay dổi lượng hydrogen ion) có trong dung dịch Nồng độ của dung dịch đệm được xác định nhờ vào nồng độ của axit yếu và bazơ liên hợp của nó