Mikä on happoliuos

Hapan liuos voidaan yksinkertaisesti määritellä vesiliuokseksi, jossa liuennut aine on happo. Happamille liuoksille on tunnusomaista seuraavat ominaisuudet, joiden avulla ne voidaan erottaa emäksisistä ja neutraaleista liuoksista:

• Niillä on yleensä katkera, joskus mausteinen maku.
• Ne ovat ärsyttäviä ratkaisuja.
• Ne neutraloivat emäkset.
• Ne pystyvät liuottamaan joitain metalleja.

Vaikka monilla happoliuoksilla on kaikki nämä ominaisuudet, toisilla on vain muutama, minkä vuoksi se ei ole riittävä tapa määritellä happoliuosta. Jotta voisimme kehittää yksiselitteisen kemiallisen käsitteen happoliuoksesta, meidän on ensin ymmärrettävä, mitä happo on kemiallisesta näkökulmasta.

Hapon käsite

Historian aikana on kehitetty kolme erilaista hapojen ja emästen käsitettä. Ensimmäinen oli Arrheniuksen käsite hapoista ja emäksistä, joka määritteli hapon aineeksi, joka pystyy vapauttamaan protoneja (H ⁺ ) liuoksessa; sillä välin hän totesi, että emäs oli mikä tahansa aine, joka pystyy vapauttamaan hydroksidi-ioneja (OH ^– ).

Brønsted ja Lowry kehittivät sitten oman teoriansa, muuttaen Arrheniuksen käsitystä emäksestä, mutta säilyttäen hapon käsitteen. Lopuksi, tällä hetkellä hyväksytty happamuuden käsite on elektronivajaisen aineen kyky ottaa vastaan ​​elektronipari emäksestä, jolloin muodostuu datiivinen kovalenttinen sidos .

Vaikka Lewisin käsite hapoista ja emäksistä on laajin ja tarkin, sen suurin käyttökelpoisuus on happamuuden ja emäksisyyden analysoinnissa vesipitoisten väliaineiden ulkopuolella. Koska happoliuos on määritelmän mukaan hapon vesiliuos, Arrhenius-konsepti tai Brønstedin ja Lowryn käsite riittää muodostamaan sopivamman happoliuoksen käsitteen.

Veden ionitasapaino

Vesiliuoksen happamuuden määrää kaksi tekijää: happo, joka toimii liuenneena aineena, ja vesi, joka on liuotin. Näiden kahden välillä vesi edustaa happamuuden ja emäksisyyden käsitteen tärkeintä osaa. Tämä johtuu siitä, että happamuuden mitta-asteikkomme, pH-asteikko, tulee veden ionitasapainosta, jota kutsutaan myös veden autoprotolyysiksi:

Vesi on se, mitä pidämme neutraalina aineena. Edellisen reaktion stoikiometriasta tiedämme, että vesi tuottaa saman määrän hydronium- ja hydroksidi-ioneja, minkä ansiosta voimme määritellä neutraalin liuoksen sellaiseksi, jossa, kuten vedessä, on vastaavat pitoisuudet näitä kahta ionia.

Happoliuoksen määritelmä hydronium- ja hydroksidi-ionien suhteellisten pitoisuuksien perusteella

Kun liuotetaan happoa, joka tuo liuokseen suuremman määrän hydroniumioneja kuin ne, jotka ovat peräisin veden dissosiaatiosta, veden ionitasapaino muuttuu ja se siirtyy reaktantteja kohti, mikä vähentää prosessin hydroksidi-ionien pitoisuutta. . Tästä syystä saadaan liuos, jossa on enemmän hydroniumeja kuin hydroksideja. Tämä mahdollistaa seuraavan määritelmän vahvistamisen:

Happoliuokseksi määritellään kemiallisesta näkökulmasta mikä tahansa vesiliuos, joka sisältää suuremman pitoisuuden hydroniumioneja kuin hydroksidi-ioneja.

Happoliuoksen määritelmä hydronium-ionien pitoisuuden perusteella

Yllä olevasta yhtälöstä saatua tasapainovakiota voidaan käyttää minkä tahansa liuoksen hydronium- ja hydroksidi-ionien tasapainopitoisuuksien määrittämiseen. Kun kyseessä on puhdas vesi tai mikä tahansa neutraali liuos, koska tiedämme, että molemmat pitoisuudet ovat yhtä suuret, voimme kirjoittaa, että:

Kun hydronium-ionien konsentraatio liuoksessa kasvaa, hydroksidi-ionien konsentraatio välttämättä pienenee, jotta niiden tuote pysyy 10 ^-14: ssä . Yhdistämällä tämän tosiasian edelliseen määritelmään voimme muodostaa toisen, vieläkin tarkemman määritelmän pelkästään hydronium-ionien pitoisuuden suhteen:

Happamaksi liuokseksi määritellään mikä tahansa vesiliuos, jonka hydroniumionien pitoisuus on suurempi kuin 10-7 ^molaarinen .

Tämä määritelmä sisältää implisiittisesti edellisen määritelmän, koska jos hydronium-ionien pitoisuus on suurempi kuin 10-7 ^, niin hydroksidi-ionien pitoisuuden on välttämättä oltava pienempi kuin 10-7 ^ja siten pienempi kuin hydronium-ionien.

Happoliuoksen määritelmä pH-asteikon perusteella

Lopuksi voimme määrittää, milloin olemme happaman, emäksisen vai neutraalin liuoksen läsnä ollessa, käyttämällä pH-asteikkoa happamuuden mittana. Ihanteelliselle liuokselle liuoksen pH määritellään liuoksen hydronium-ionien molaarisen pitoisuuden 10 emäslogaritmin negatiiviseksi, eli:

Neutraalille liuokselle, jonka hydroniumionikonsentraatio on 10 ^-7 , pH:n arvo on 7. Negatiivisen merkin vuoksi myös hydroniumionipitoisuuden kasvaessa pH itse asiassa laskee. Tästä syystä happoliuoksille, joissa hydroniumionikonsentraatio on tiedossamme suurempi kuin 10 ^-7 , pH on välttämättä alle 7. Näin ollen voimme antaa happoliuokselle neljännen määritelmän:

Happoliuokseksi määritellään mikä tahansa vesiliuos, jonka pH on alle 7.

Tämä viimeinen ratkaisu on puolestaan ​​ytimekkäin, yksinkertaisin ja silti se, joka sisältää implisiittisesti kaikki muut tässä esittämämme määritelmät. Jos pH on alle 7, hydroniumpitoisuus on suurempi kuin 10-7 ^, mikä tarkoittaa, että hydronium-ionien pitoisuus on suurempi kuin hydroksidi-ionien.

Viitteet                            

• assolea. (2020, 2. toukokuuta). 7.6: pH-asteikko . Haettu osoitteesta https://assolea.org/es/7-6-la-escala-de-ph/
• Brown, T. (2021). Chemistry: The Central Science (11. painos). Lontoo, Englanti: Pearson Education.
• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS ja Herranz, ZR (2020). Kemia (10. painos). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
• Flowers, P., Theopold, K., Langley, R., & Robinson, W. (2019a). 14.1 Brønsted-Lowryn hapot ja emäkset – kemia 2e . Haettu osoitteesta https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/14-1-bronsted-lowry-acids-and-bases
• pH ja pOH . (2020, 30. lokakuuta). Espanjan LibreTexts. Haettu osoitteesta https://espanol.libretexts.org/@go/page/1911