Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Hapot lahjoittavat H +; Emäkset lahjoittavat OH-
- Arrhenius-hapot ja emäkset yhdistyvät suoloiksi
- Brønsted-Lowry yleistää happo / emäsreaktion
- Lewis yleistää vielä enemmän
Kemisteillä on kolme erillistä teoriaa siitä, mikä muodostaa hapon ja emäksen, mutta niistä ei ole erimielisyyttä siitä, että ne neutraloivat toisiaan. Kun ne yhdistyvät vesiliuokseen, ne tuottavat suolaa. Hapot ja emäkset voivat kuitenkin yhdistyä muilla tavoin, ja kun näin tapahtuu, tuote ei ole aina suola. Esimerkiksi, kun lisäät sinkkiä ammoniakkiin, reaktio johtaa monimutkaiseen ioniin. Ennen Lewisin happojen ja emästen teorian käyttöönottoa tätä ei olisi edes pidetty happo / emäs-reaktiona.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Vesiliuoksissa hapot ja emäkset yhdistyvät neutraloimaan toisiaan ja tuottamaan suolaa. Happo-emäsreaktiot, joita ei esiinny vedessä, tuottavat yleensä myös suoloja, mutta ne voivat myös tuottaa kompleksisia ioneja.
Hapot lahjoittavat H +; Emäkset lahjoittavat OH-
Svante Arrheniuksen kehittämän teorian mukaan. Nobel-palkittu fyysikko ja kemisti, liuoksessa oleva happo lahjoittaa H: n+ ioni vedessä. Ionit eivät kellu vapaasti, vaan kiinnittyvät itsensä vesimolekyyleihin hydroniumionien muodostamiseksi (H3O+). Liuoksen pH, joka viittaa "vedyn voimakkuuteen", on näiden läsnä olevien ionien lukumäärän mittari. pH on negatiivinen pitoisuuslogaritmi, joten mitä matalampi on pH, sitä korkeampi on näiden ionien pitoisuus ja happamempi liuos. Emäkset puolestaan luovuttavat hydroksidia (OH-) ionit. Kun liuoksella on valtaosa hydroksidi-ioneista, sen pH on yli 7 (neutraali piste) ja liuos on alkalinen. Hapot ja emäkset, jotka käyttäytyvät tällä tavalla, tunnetaan nimellä Arrhenius hapot ja emäkset. Vetykloridi (HCl) on esimerkki Arrhenius-haposta ja natriumhydroksidi (NaOH) on Arrhenius-emäs.
Arrhenius-hapot ja emäkset yhdistyvät suoloiksi
Kun yhdistät Arrhenius-hapon ja emäksen samassa liuoksessa, positiivisesti varautuneet hydroniumionit yhdistyvät hydroksidi-ionien kanssa tuottamaan vettä, ja jäljelle jäävät ionit yhdistyvät suolan tuottamiseksi. Jos kaikki saatavilla olevat ionit yhdistyvät tällä tavalla, liuos muuttuu pH-neutraaliksi, mikä tarkoittaa, että happo ja emäs neutraloivat toisiaan. Tunnetuin esimerkki on vetykloridin ja natriumhydroksidin liuottaminen liuokseen vapaan natriumin (Na+) ja kloridi (Cl-) ionit. Ne yhdistyvät NaCl: ksi tai tavalliseksi ruokasuolaksi. Tätä prosessia kutsutaan hydrolyysiksi.
Brønsted-Lowry yleistää happo / emäsreaktion
Kemistit, Johannes Nicolaus Brønsted ja Thomas Martin Lowry, esittelivät itsenäisesti yleisemmän happojen ja emästen käsityksen vuonna 1923. Heidän teoriassaan happo on yhdiste, joka luovuttaa protonia (H+), kun taas emäs on yhdiste, joka hyväksyy sen. Tämä käsitys laajentaa Arrhenius-määritelmää siten, että se ottaa huomioon happamat emäsreaktiot, joita ei tapahdu vesiliuoksessa. Esimerkiksi Brønsted-Lowry-määritelmän mukaan ammoniakin ja vetykloridin välinen reaktio suolaammoniumkloridin tuottamiseksi on happo-emäsreaktio, johon ei liity hydronium- tai hydroksidi-ionien vaihtoa. Sitä ei pidetä happo-emäsreaktiona Arrheniuksen määritelmän mukaan. Bronsted-Lowry-happo-emäsreaktiot eivät aina tuota vettä, mutta ne tuottavat silti suoloja.
Lewis yleistää vielä enemmän
Myös vuonna 1923, G.N. UC Berkeleyn edustaja Lewis muutti happojen ja emästen määritelmää sellaisten reaktioiden huomioon ottamiseksi, joita ei voitu selittää käyttämällä Brønsted-Lowry-käsitettä. Lewisin teoriassa emäkset ovat elektroniparidonoreita, kun taas hapot ovat elektronipariaseptoreita. Tämä käsitys auttaa selittämään reaktioita, jotka tapahtuvat paitsi kiintoaineiden ja nesteiden, myös myös kaasujen välillä happo-emäsreaktioina. Tässä teoriassa reaktion tuote ei ehkä ole suola. Esimerkiksi sinkki-ionien ja ammoniakin välisessä reaktiossa saadaan tetraamiinisinkki, kompleksi-ioni.
zn2++ 4NH3→4+.