Название «кислород» возникло потому, что ранее предполагали, что кислород придает соединениям свойства кислот. Ошибка, разумеется, выявилась. Как мы уже видели, кисличные свойства определяются водородом, который имеют все кислоты. Ошибочный вывод появился из наблюдения, что кислоты образуются при растворении оксида неметалла в воде. Типичные представители оксидов неметаллов – двуокись серы (SO2) и двуокись углерода (CO2). Оба они являются продуктами сгорания, a SO2 – причиной перенасыщения европейских озер кислотами. В то время как SO2 рассматривается преимущественно как загрязнитель окружающей среды, CO2 играет ключевую роль во многих биологических процессах, (см. «Двуокись углерода в карбонатной системе»). Эти соединения известны нам, прежде всего как газы, а не как кислоты. Мы можем говорить о них как о кислотах, если их растворить в воде. Это часто приводит к недоразумениям, особенно для CO2 (двуокиси углерода), так как этот газ обозначается как угольная кислота. Кислота, т.е. H2CO3, возникает, естественно, только тогда, когда газ реагирует с водой.
CO2+ H2O => H2CO3
При растворении двуокиси углерода в воде возрастает ее проводимость (проводящая способность). Вследствие этого образуются ионы. Эту реакцию можно записать следующим уравнением:
H2CO3+H2O => H3O+ + HCO3–.
В этом случае образуются ионы гидроксония и гидрокарбонат-ион. Угольная кислота утеряла единицу заряда в виде иона водорода. Так как носителями положительного заряда являются протоны, очевидно, что гидрокарбонат является донором протонов. Протон – единица положительного заряда. В основном кислоты являются донорами протонов! Противоположность кислот – основания (щелочи), которые образуются при растворении оксидов металлов – продуктов реакции кислорода и металла в воде. Типичными представителями этой группы являются гидроксид калия (КОН) и гидроксид натрия (NaOH). Щелочи являются акцепторами протона: они принимают носителей положительного заряда. Если кислоты и щелочи находятся в растворах одновременно, они реагируют друг с другом, вследствие чего они полностью или частично нейтрализуются. В качестве продукта реакции при этом, разумеется, образуются соли, которые повышают проводимость воды. Таким образом, при реакции NaOH (гидроксид натрия) с HCl (соляная кислота), образуется поваренная соль (NaCl).
NaOH + HCl => NaCl + H2O.
Описанное выше значение pH показывает нам только, какой участник реакции, в конце концов, присутствует в избытке. Значение pH не даст никакой информации об участниках и о продуктах реакции. Значение pH может рассматриваться в качестве результирующего показателя, который дает нам информацию. Знание значений pH, хотя и очень полезно, должно дополняться, однако, при необходимости другими измеряемыми показателями и наблюдениями. Самый важный параметр, влияющий на значения pH в нашем аквариуме, – двуокись углерода в пределах карбонатной системы. Эти проблемы освещаются далее.