第6节：酸和碱

酸和碱

有些物质称为酸，在溶于水时会释放氢离子，也就是质子。另一些物质称为碱，在水溶液中能够接受质子。质子反应性很强，可能损伤有机物。一般来说，水性介质中的质子浓度会对生物体产生很大影响，因此必须受到严格调控。

本节将讨论酸、碱和 pH 标度。

酸

酸溶于水时会电离并释放 H⁺ 离子（质子）。盐酸（HCl）等强酸会完全解离为 H⁺ 和 Cl⁻ 离子。相比之下，乙酸（CH₃COOH）等弱酸不会完全解离，因为相当一部分原始分子不会电离。H⁺ 浓度越高，酸性越强。

碱

酸是 H⁺ 供体，而碱本质上是 H⁺ 受体。在溶液中，氢氧化钠（NaOH）等强碱会完全解离为 Na⁺ 和 OH⁻ 离子。产生的 OH⁻（氢氧根）离子会与质子结合形成水分子。氨（NH₃）也是一种碱，可接受质子形成铵离子（NH₄⁺）。它属于弱碱，因为溶液中只有一定比例的氨分子会接受质子。接受 H⁺ 的能力越强，碱性就越强。

pH 标度

溶液的酸度或碱度用 pH 标度衡量，范围为 0 到 14。pH 0 表示酸性最强；酸性较弱的溶液 pH 更高。中性溶液（如纯水）的 pH 为 7，更高的 pH 表示碱性，最高可达 pH 14。图中展示了一些溶液及其 pH 范围。pH 标度基于 H⁺ 离子浓度，并采用对数刻度；例如 pH 4 时的 H⁺ 浓度是 pH 5 时的 10 倍。

缓冲系统

由于质子浓度变化会产生很大的生化影响，生物体利用缓冲系统来维持 pH 稳定。缓冲系统通常由弱酸及其相应的共轭碱组成。人体血液的 pH（7.4）由图示的碳酸氢盐缓冲系统调节，该系统由碳酸及其共轭碱碳酸氢盐组成。额外的质子会通过反应平衡向碳酸以及二氧化碳和水的形成方向移动而被吸收，从而避免 pH 发生明显变化。