hapot ja emäkset

käsite

nimi “happo” tuo mieleen eloisia aistikuvia—kirpeydestä esimerkiksi, jos kyseinen happo on tarkoitettu ihmisravinnoksi, kuten sitruunoiden sitruunahappo. Toisaalta ajatus laboratorio-ja teollisuusvahvuisista aineista, joilla on pelottavalta kuulostavat nimet, kuten rikkihappo tai fluorivetyhappo, kuljettaa mukanaan muita ajatuksia hapoista, jotka kykenevät tuhoamaan materiaaleja, myös ihmislihaa. Nimitystä ” emäs “sen sijaan ei tunneta laajalti sen kemiallisessa merkityksessä, ja vaikka käytettäisiinkin vanhempaa sanaa” emäs”, sanan tuottamat aistihavainnot eivät yleensä ole yhtä eloisia kuin “happo” -ajatuksen synnyttämät vaikutelmat.”Teollisissa sovellutuksissaan myös emäkset voivat olla erittäin voimakkaita. Kuten hapoilla, niillä on monia käyttötapoja kotitalouksissa, esimerkiksi ruokasoodaa tai uuninpuhdistusaineita. Maun näkökulmasta (kuten jokainen, joka on joskus Harjannut hampaansa ruokasoodalla, tietää) emäkset ovat pikemminkin kitkeriä kuin happamia. Mistä tiedämme, milloin jokin on happo tai emäs? Happo-emäsindikaattorit, kuten lakmuspaperi ja muut pH: n testaukseen käytettävät materiaalit, tarjoavat keinon arvioida näitä ominaisuuksia eri aineissa. Näistä kahdesta käsitteestä on kuitenkin olemassa laajempia rakenteellisia määritelmiä, jotka kehittyivät kolmessa vaiheessa yhdeksännentoista vuosisadan loppupuolella ja kahdennenkymmenennen vuosisadan alkupuolella, ja jotka tarjoavat vakaamman teoreettisen perustan happojen ja emästen ymmärtämiselle.

HOW IT WORKS

Introduction to Acids and Emas

ennen atomi-ja molekyyliteorian kehittymistä yhdeksännentoista vuosisadan lopulla ja kahdennenkymmenennen vuosisadan alussa kemistit eivät voineet tehdä juuri muuta kuin tehdä mittauksia ja havaintoja. Niiden aineiden määritelmät olivat puhtaasti fenomenologisia-siis kokeiden ja tiedonkeruun tulosta. Näiden havaintojen perusteella ne saattoivat muodostaa yleisiä sääntöjä, mutta niillä ei ollut mitään keinoja “nähdä” kemiallisen maailman atomi-ja molekyylirakenteisiin.

tutkijoiden muinaisista ajoista lähtien keräämät fenomenologiset erot happojen ja emästen välillä toimivat riittävän hyvin monien vuosisatojen ajan. Sana ” happo “tulee latinan sanasta” acidus ” eli “hapan”, ja jo varhain tutkijat ymmärsivät, että viinietikan ja sitruunamehun kaltaisilla aineilla oli yhteinen hapan ominaisuus. Lopulta happojen fenomenologinen määritelmä muuttui suhteellisen hienostuneeksi, ja se käsitti sellaiset yksityiskohdat kuin sen, että hapot tuottavat ominaisvärejä tietyissä kasviväreissä, kuten litmuspaperin valmistuksessa käytetyissä. Lisäksi kemistit ymmärsivät, että hapot liuottavat joitakin metalleja ja vapauttavat prosessissa vetyä.

MIKSI “EMÄS” EIKÄ “ALKALI”?

sana “alkali” tulee arabian kielen sanasta al-qili, joka viittaa merikorvakasvin tuhkiin. Jälkimmäinen, joka kasvaa tyypillisesti soisilla alueilla, poltettiin usein soodatuhkan tuottamiseksi, jota käytettiin saippuan valmistuksessa. Toisin kuin hapot, emäkset-esimerkiksi kofeiini-ovat kitkerän makuisia, ja monet niistä tuntuvat liukkailta kosketuksesta. Ne tuottavat myös tyypillisiä värejä litmuspaperin kasviväreissä, ja niitä voidaan käyttää tiettyjen kemiallisten reaktioiden edistämiseen. Huomaa, että nykyään kemistit käyttävät sanaa “emäs” sanan “alkali”sijasta, koska jälkimmäisellä termillä on suppeampi merkitys: Kaikki emäkset ovat emäksiä, mutta kaikki emäkset eivät ole emäksiä.

alun perin” alkali ” tarkoitti vain poltettujen kasvien, kuten meriveden, tuhkaa, joka sisälsi joko natriumia tai kaliumia ja josta voitiin saada natriumin ja kaliumin oksideja. Lopulta alkali alkoi tarkoittaa alkali-ja maametallien liukoisia hydroksideja. Näitä ovat natriumhydroksidi, joka on viemärin ja uunin puhdistusaineiden vaikuttava aine; magnesiumhydroksidi, jota käytetään esimerkiksi magnesiumin maidossa; kaliumhydroksidi, jota on saippuoissa ja muissa aineissa; ja muut yhdisteet. Niin laaja kuin tämä aineiden kirjo onkin, se ei kata nykyään emäksinä tunnettujen aineiden laajaa valikoimaa—yhdisteitä, jotka reagoivat happojen kanssa muodostaen suoloja ja vettä.

kohti rakenteellista määritelmää

reaktio suolojen ja veden muodostamiseksi on itse asiassa yksi tapa, jolla hapot ja emäkset voidaan määritellä. Vesiliuoksessa suolahappo ja natriumhydroksidi reagoivat muodostaen veden kanssa natriumkloridia, joka on vesiliuoksessa suspendoituneena edelleen yleinen pöytäsuola. Tämän reaktion yhtälö on HCl(aq ) + NaOH(aq ) →H2O + NaCl(aq ). Toisin sanoen natriumhydroksidin natrium (Na) – ioni vaihtaa paikkaa vetyionin kanssa suolahapossa, jolloin syntyy NaCl (suola) veden kanssa.

mutta miksi näin tapahtuu? Koska tämä määritelmä suolojen ja veden muodostumisesta on hyödyllinen, se ei ole vielä rakenteellinen—toisin sanoen se ei pure happojen ja emästen molekyylirakenteeseen ja käyttäytymiseen. Kunnia eron ensimmäisestä todella rakenteellisesta määritelmästä kuuluu ruotsalaiselle kemistille Svante Arrheniukselle (1859-1927). Se oli Arrhenius jotka hänen väitöskirja vuonna 1884, esitteli käsitteen ioni, atomi jolla on sähköinen varaus.

hänen ymmärryksensä oli erityisen vaikuttava, kun otetaan huomioon, että ionien synnystä vastuussa olevan elektronin löytymiseen kului vielä 13 vuotta. Atomeilla on neutraali varaus, mutta elektronin tai elektronien poistuessa atomista tulee positiivinen ioni eli kationi. Vastaavasti kun elektroni tai elektronit yhtyvät aiemmin varaamattomaan atomiin, tuloksena on negatiivinen ioni tai anioni. Ionien käsite ei ainoastaan vaikuttanut suuresti kemian tulevaisuuteen, vaan se antoi myös Arrheniukselle avaimen, joka oli välttämätön hänen erottelunsa happojen ja emästen välillä.

Arrheniuksen määritelmä

Arrhenius havaitsi, että tiettyjen yhdisteiden molekyylit hajoavat varautuneiksi hiukkasiksi joutuessaan nesteeseen. Tämä johti hänet Arrheniuksen happo− emäs-teoriaan, jonka mukaan happo on mikä tahansa yhdiste, joka tuottaa vetyioneja (h+) veteen liuotettuna, ja emäs mikä tahansa yhdiste, joka tuottaa hydroksidi-ioneja (OH -) veteen liuotettuna.

tämä oli hyvä alku, mutta Arrheniuksen teorian kaksi puolta viittasivat siihen, että tarvitaan määritelmä, joka kattaisi useampia aineita. Ensinnäkin hänen teoriansa rajoittui reaktioihin vesiliuoksissa. Vaikka monet happo-emäsreaktiot tapahtuvat veden toimiessa liuottimena, näin ei aina ole.

toiseksi Arrheniuksen määritelmä rajoitti hapot ja emäkset tehokkaasti vain niihin ioniyhdisteisiin, kuten suolahappoon tai natriumhydroksidiin, jotka tuottivat joko vety-tai hydroksidi-ioneja. Ammoniakki eli NH3 toimii kuitenkin emäksen tavoin vesiliuoksissa, vaikka se ei tuota hydroksidi-Ionia. Sama pätee muihinkin aineisiin, jotka käyttäytyvät happojen tai emästen tavoin noudattamatta Arrheniuksen määritelmää.

nämä puutteet viittasivat siihen, että tarvittiin kattavampi teoria, johon päädyttiin englantilaisen kemistin Thomas Lowryn (1874-1936) ja tanskalaisen kemistin J. N. Brønstedin (1879-1947) Brønsted-Lowryn määritelmän muotoilemisen myötä. Tästä huolimatta Arrheniuksen teoria edusti tärkeää ensiaskelta, ja vuonna 1903 hän sai Nobelin kemianpalkinnon työstään molekyylien dissosioimiseksi ioneiksi.

BrØnsted-Lowry määritelmä

Brønsted-Lowry happo-emäs-teoria määrittelee hapon protonin luovuttajaksi (H+) ja emäksen protonin vastaanottajaksi kemiallisessa reaktiossa. Protoneja edustaa tunnus H+, ja happoja ja emäksiä edustettaessa käytetään vastaavasti symboleja HA ja A−. Nämä symbolit osoittavat, että hapolla on protoni, jonka se on valmis luovuttamaan pois, kun taas emäs negatiivisine varauksineen on valmis vastaanottamaan positiivisesti varautuneen protonin.

vaikka sitä käytetään tässä edustamaan protonia, on huomattava, että H+ on myös vetyioni-vetyatomi, joka on menettänyt ainoan elektroninsa ja saanut siten positiivisen charge.It on siis oikeastaan vain yksinäinen protoni, mutta tämä on ainoa tapaus, jossa atomi ja protoni ovat täsmälleen sama asia. Happo-emäs-reaktiossa eräs happomolekyyli “luovuttaa” protonin vetyionin muodossa. Tätä ei tule sekoittaa paljon monimutkaisempaan prosessiin, ydinfuusioon, jossa atomi luovuttaa protonin toiselle atomille.

HAPPO-EMÄSREAKTIO BRØNSTED-LOWRY-TEORIASSA.

Brønsted-Lowry-teorian keskeisin happo−emäsreaktion tyyppi voidaan symboloida näin HA(aq ) + H2O(l ) →H3O+(aq ) + a – (aq ). Ensimmäinen esitetty happo—joka, kuten kolme tämän yhtälön neljästä “pelaajasta”, liuotetaan vesiliuokseen-yhdistyy veteen, joka voi toimia joko happona tai emäksenä. Tässä yhteydessä se toimii tukikohtana.

vesimolekyylit ovat polaarisia, eli negatiiviset varaukset tapaavat kerääntyä molekyylin toiseen päähän happiatomin kanssa, kun taas positiiviset varaukset jäävät toiseen päähän vetyatomien kanssa. Brønsted-Lowryn malli korostaa veden roolia, sillä se vetää protonin haposta, jolloin syntyy H3O+, joka tunnetaan hydroniumionina.

tässä tuotettu hydroniumioni on esimerkki konjugaattihaposta, haposta, joka muodostuu emäksen ottaessa vastaan protonin. Samalla happo on menettänyt protoninsa muuttuen konjugaattiemäkseksi eli emäkseksi, joka muodostuu hapon vapauttaessa protonin. Näitä reaktion kahta tuotetta kutsutaan konjugaattihappo-emäspariksi, termillä, jolla tarkoitetaan kahta ainetta, jotka liittyvät toisiinsa luovuttamalla protonin.

Brønstedin ja Lowryn määritelmä on parempi kuin Arrheniuksen, koska se sisältää kaikki Arrheniuksen hapot ja emäkset sekä muut kemialliset lajit, jotka eivät sisälly Arrheniuksen teoriaan. Yksi edellä mainittu esimerkki on ammoniakki. Vaikka ammoniakki ei tuota OH− ioneja, se hyväksyy vesimolekyyliltä protonin, ja näiden kahden (veden tällä kertaa toimivan hapon funktiona) välinen reaktio tuottaa konjugaattihappo-emäsparin NH4+ (ammoniumioni) ja OH−. Huomaa, että jälkimmäistä, hydroksidi-Ionia, ei tuotettu ammoniakilla, vaan se on konjugaattiemäs, joka syntyi, kun vesimolekyyli menetti h+ – atominsa tai protoninsa.

Lewisin määritelmä

Brønsted-Lowryn mallin kemisteille tarjoamasta edistyksestä huolimatta se rajoittui edelleen kuvaamaan vetyä sisältäviä yhdisteitä. Kuten yhdysvaltalainen kemisti Gilbert N. Lewis (1875-1946) tunnusti, tämä ei käsittänyt kaikkia happoja ja emäksiä, vaan tarvittiin määritelmä, joka ei sisältänyt vetyatomin läsnäoloa.

Lewis tunnetaan erityisesti työstään kemiallisen sidoksen parissa. Atomien kiinnittyminen on seurausta valenssielektronien eli atomin “ulkopuolella” olevien elektronien aktiivisuudesta. Elektronit ovat järjestäytyneet eri tavoin sidostyypistä riippuen, mutta ne sitoutuvat aina pareittain.

Lewisin happo-emäs-teorian mukaan happo on reaktantti, joka kemiallisessa reaktiossa hyväksyy elektroniparin toiselta reaktantilta, kun taas emäs on reaktantti, joka luovuttaa elektroniparin toiselle reaktantille. Kuten Brønsted-Lowryn määritelmä, Lewisin määritelmä on reaktiosta riippuvainen, eikä määrittele yhdistettä sellaisenaan hapoksi tai emäkseksi. Sen sijaan tapa, jolla yhdiste reagoi toisen kanssa, auttaa tunnistamaan sen hapoksi tai emäkseksi.

PARANNUSTA EDELTÄJIINSÄ VERRATTUNA.

Lewisin määritelmän kauneus piilee siinä, että se kattaa kaikki muiden käsittelemät tilanteet—ja enemmänkin. Aivan kuten Brønsted-Lowry ei kumonnut Arrheniusta, vaan tarjosi määritelmän, joka kattoi useampia aineita, Lewis laajensi aineiden valikoimaa Brønsted-Lowryn kattamia aineita laajemmalle. Erityisesti Lewisin teoriaa voidaan käyttää erottamaan happo ja emäs sidoksia tuottavissa kemiallisissa reaktioissa, joissa ioneja ei synny ja joissa ei ole protonin luovuttajaa tai vastaanottajaa. Näin ollen se on parempi kuin Arrhenius ja Brønsted-Lowry vastaavasti.

esimerkki on booritrifluoridin (BF3) reaktio ammoniakin (NH3) kanssa sekä kaasufaasissa, jolloin muodostuu booritrifluoridiammoniumkompleksi (F3BNH3). Tässä reaktiossa booritrifluoridi hyväksyy elektroniparin ja on siten Lewis-happo, kun taas ammoniakki luovuttaa elektroniparin ja on siten Lewis-emäs. Vaikka vety on mukana tässä nimenomaisessa reaktiossa, Lewisin teoria käsittelee myös reaktioita, joissa ei ole vetyä.

tosielämän Sovellukset

Phand happo-Emäsindikaattorit

vaikka kemistit soveltavat pitkälle kehitettyjä rakenteellisia määritelmiä hapoille ja emäksille, on myös olemassa enemmän “käytännön menetelmiä” tietyn aineen (mukaan lukien monimutkaiset seokset) tunnistamiseksi hapoksi tai emäkseksi. Monet näistä hyödyntävät pH-asteikkoa, jonka kehitti Tanskalainen kemisti SØren Sørensen (1868-1939) vuonna 1909.

termi pH tarkoittaa “vedyn potentiaalia”, ja pH-asteikko on keino määrittää aineen happamuus tai emäksisyys. (Vaikka, kuten on todettu, termi ” alkali “on korvattu sanalla” emäs”, emäksisyyttä käytetään edelleen adjektiivisena terminä osoittamaan, missä määrin aine näyttää emäksen ominaisuuksia.) PH-asteikon vaihteluvälille ei ole teoriassa rajoja, mutta happamuutta ja emäksisyyttä kuvaavat luvut annetaan yleensä numeroarvoilla 0-14.

pH-arvojen merkitys.

arvosana 0 pH-asteikolla ilmaisee ainetta, joka on käytännössä puhdasta happoa, kun taas arvosana 14 edustaa lähes puhdasta emästä. Arvosana 7 tarkoittaa neutraalia ainetta. PH-asteikko on logaritminen eli eksponentiaalinen, mikä tarkoittaa, että luvut edustavat eksponentteja, ja siten suurennettu arvo 1 ei merkitse yksinkertaista aritmeettista yhteenlaskua 1, vaan lisäystä 1 potenssiin. Tämä vaatii kuitenkin hieman lisäselvitystä.

pH-asteikko perustuu itse asiassa negatiivisiin logaritmeihin arvoille H3O+ (hydroniumioni) tai H+ (protonit) tietyssä aineessa. Kaava on siis pH = – log tai −log, ja hydroniumionien tai protonien läsnäolo mitataan niiden moolipitoisuuden mukaan litrassa liuosta.

eri aineiden pH-arvot.

käytännössä puhtaan hapon, kuten auton akkujen rikkihapon pH on 0, ja tämä tarkoittaa 1 moolia (mol) hydroniumia litrassa liuosta (l). Sitruunamehun pH on 2, joka vastaa 10-2 mol/l. huomaa, että pH-arvo 2 tarkoittaa eksponenttia -2, jolloin saadaan luku 0,01 mol/l.

tislatun veden, neutraalin aineen, jonka pH on 7, hydroniumekvivalentti on 10-7 mol / l. On mielenkiintoista havaita, että useimmat nesteet ihmiskehossa on pH-arvot neutraalin alueen verta (laskimoiden, 7.35; valtimoiden, 7.45); virtsa (6.0—huomaa korkeampi läsnäolo happo); ja sylki (6.0-7.4).

asteikon emäksisessä päässä on booraksi, jonka pH on 9, kun taas kotitalouksien ammoniakin pH-arvo on 11 eli 10-11 mol/l. natriumhydroksidi eli lipeä, erittäin emäksinen kemikaali, jonka pH on 14, on arvoltaan 10-14 moolia hydroniumia litrassa liuosta.

LAKMUSPAPERI JA MUUT INDIKAATTORIT.

tarkimmat pH-mittaukset tehdään elektronisilla pH-mittareilla,joilla saadaan 0,001 pH: n tarkkuudella tarkkoja lukuja. Tunnetuin näistä on litmuspaperi (valmistettu kahden jäkälälajin uutteesta), joka muuttuu siniseksi emästen läsnä ollessa ja punaiseksi happojen läsnä ollessa. Termi” lakmustesti “on tullut osaksi arkikieltä, viitaten tee tai riko-kysymykseen-esimerkiksi” näkemykset aborttioikeudesta muuttuivat korkeimman oikeuden ehdokkaiden lakmustestiksi.”

lakmus on vain yksi monista pH-paperin valmistukseen käytetyistä materiaaleista, mutta jokaisessa tapauksessa värin muutos on seurausta aineen neutraloitumisesta paperilla. Esimerkiksi fenoliftaleiinilla päällystetty paperi muuttuu värittömästä vaaleanpunaiseksi pH-alueella 8,2 – 10, joten se on käyttökelpoinen testattaessa materiaaleja, joiden uskotaan olevan kohtalaisen emäksisiä. Indikaattoreina käytetään myös erilaisten hedelmien ja vihannesten uutteita, mukaan lukien punakaalit, punasipulit ja muut.

Jotkut tavalliset hapot ja emäkset

alla olevissa taulukoissa luetellaan muutamia tunnettuja happoja ja emäksiä sekä niiden kaavoja ja muutamia käyttökohteita

tavalliset hapot

• etikkahappo (CH3COOH): etikka, asetaatti
• asetyylisalisyylihappo (HOOCC6H4OOCCH3): aspiriini
• askorbiinihappo (H2c6h6o6): C-vitamiini
• hiilihappo (H2CO3): virvoitusjuomat, soodavesi
• sitruunahappo (C6h8o7): sitrushedelmät, keinotekoiset aromit
• suolahappo (HCL): mahahappo
• typpihappo (HNO3): fertilizer, explosives
• Sulfuric acid (H2SO4): car batteries

Common Bases

• Aluminum hydroxide (Al3): antacids, deodorants
• Ammonium hydroxide (NH4OH): glass cleaner
• Calcium hydroxide (Ca2): caustic lime, mortar, plaster
• Magnesium hydroxide (Mg2): laxatives, antacids
• Sodium bicarbonate/sodium hydrogen carbonate (NaHCO3): baking soda
• Sodium carbonate (Na2CO3): dish detergent
• Sodium hydroxide (NaOH): lye, oven and drain cleaner
• Sodium hypochlorite (NaClO): valkaisuaine

tietenkin nämä edustavat vain muutamia monista olemassa olevista hapoista ja emäksistä. Edellä lueteltuja tiettyjä aineita käsitellään lyhyesti jäljempänä.

happoja

happoja ihmiskehossa ja elintarvikkeissa.

nimensä mukaisesti sitruunahappoa on sitrushedelmissä—erityisesti sitruunoissa, limeteissä ja greipeissä. Sitä käytetään myös aromiaineena, säilöntäaineena ja puhdistusaineena. Useiden homelajien sokerikäymisestä kaupallisesti valmistama sitruunahappo luo maun, joka on sekä kirpeä että makea. Kirpeys on tietenkin sen happamuuden funktio tai osoitus siitä, että se tuottaa vetyioneja. Makeus on monimutkaisempi biokemiallinen kysymys, joka liittyy siihen, miten sitruunahappomolekyylit sopivat kielen “makeisiin” reseptoreihin.

sitruunahapolla on rooli yhdessä kuuluisassa vatsalääkkeessä eli antasidissa. Tämä on sinänsä mielenkiintoista, sillä antasidit yhdistetään yleisemmin emäksisiin aineisiin, joita käytetään niiden kykyyn neutraloida vatsahappoa. Alka-Seltzerin sihinä tulee kuitenkin sitruunahappojen (jotka myös antavat miellyttävämmän maun) reaktiosta natriumbikarbonaatin tai ruokasoodan, emäksen, kanssa. Tämä reaktio tuottaa hiilidioksidikaasua. Säilöntäaineena sitruunahappo estää metalli-ioneja reagoimasta elintarvikkeissa olevien rasvojen kanssa ja jouduttaa siten niiden hajoamista. Sitä käytetään myös hiusten huuhtelun ja alhaisen pH-arvon shampoiden ja hammastahnojen valmistuksessa.

hiilivetyjohdannaisten karboksyylihappoperheeseen kuuluu sitruunahappojen lisäksi monenlaisia aineita. Aminohapot muodostavat yhdessä proteiineja, jotka ovat yksi ihmisen lihasten, ihon ja hiusten pääkomponenteista. Karboksyylihappoja käytetään myös teollisesti, erityisesti käytettäessä rasvahappoja saippuoiden, pesuaineiden ja shampoiden valmistuksessa.

RIKKIHAPPO.

ihmiskehossa on runsaasti happoja, kuten suolahappoa tai mahahappoa—jotka suurina määrinä aiheuttavat ruoansulatushäiriöitä, ja tarvetta neutraloida emäksellä. Luonto tuottaa myös ihmiselle myrkyllisiä happoja, kuten rikkihappoa.

vaikka suora altistuminen rikkihapolle on erittäin vaarallista, aineella on lukuisia käyttökohteita. Sitä ei käytetä ainoastaan auton akuissa, vaan rikkihappo on myös merkittävä komponentti lannoitteiden valmistuksessa. Toisaalta rikkihappo vahingoittaa ympäristöä, kun se esiintyy happosateena. Hiilen epäpuhtauksiin kuuluu muun muassa rikki, ja tästä syntyy rikkidioksidia ja rikkitrioksidia, kun hiiltä poltetaan. Rikkitrioksidi reagoi ilmassa olevan veden kanssa muodostaen rikkihappoa ja siten happosateita, jotka voivat vaarantaa kasvi-ja eläinkunnan sekä syövyttää metalleja ja rakennusmateriaaleja.

emäkset

alkuaineiden alkalimetalli-ja maa-alkalimetalliperheet ovat nimensä mukaisesti emäksiä. Useita aineita, jotka syntyvät näiden metallien reaktiossa ei-metallisten alkuaineiden kanssa, otetaan sisäisesti mahalaukun ongelmien selvittämiseen tai suoliston tukoksen selvittämiseen. On esimerkiksi magnesiumsulfaattia, joka tunnetaan paremmin Epsom-suoloina, jotka tarjoavat voimakasta laksatiivia, jota käytetään myös myrkkyjen poistamiseen elimistöstä.

alumiinihydroksidi on mielenkiintoinen emäs, koska sillä on useita käyttökohteita, muun muassa sen käyttö antasideissa. Sellaisenaan se reagoi mahahapon kanssa ja neutraloi sen, ja tästä syystä sitä esiintyy kaupallisissa antasideissa, kuten Di-Gel™, Gelusil™ ja Maalox™. Alumiinihydroksidia käytetään myös vedenpuhdistuksessa, vaatteiden värjäyksessä ja tietynlaisen lasin valmistuksessa. Lähisukulainen, alumiinihydroksikloridi tai Al2 (OH) 5Cl, esiintyy monissa kaupallisissa antiperspiranteissa ja auttaa sulkemaan huokoset, mikä estää hikoilun virtauksen.

NATRIUMVETYKARBONAATTI (RUOKASOODA).

ruokasooda, jonka kemistit tuntevat sekä natriumbikarbonaattina että natriumvetykarbonaattina, on toinen esimerkki emäksestä, jolla on useita käyttötarkoituksia. Kuten aiemmin todettiin, sitä käytetään Alka-Seltzer™ – valmisteessa lisäämällä sitruunahappoa maun parantamiseksi; itse asiassa pelkkä ruokasooda voi toimia antasidina, mutta maku on melko epämiellyttävä.

ruokasoodaa käytetään myös tulipalojen sammuttamisessa, sillä korkeissa lämpötiloissa se muuttuu hiilidioksidiksi, joka tukahduttaa liekit estämällä hapen virtauksen tuleen. Ruokasoodaa käytetään tietysti myös leivonnassa, kun se yhdistetään heikon hapon kanssa leivinjauheen valmistamiseen. Hapon ja ruokasoodan reaktio tuottaa hiilidioksidia,joka saa taikinan ja vatkaimet nousemaan. Jääkaapissa tai kaapissa ruokasooda voi imeä epämiellyttäviä hajuja, ja lisäksi sitä voidaan käyttää puhdistusaineena.

NATRIUMHYDROKSIDI (LIPEÄ).

toinen puhdistukseen käytetty emäs on natriumhydroksidi, joka tunnetaan yleisesti lipeänä tai kaustisena soodana. Toisin kuin ruokasoodaa, sitä ei kuitenkaan tule ottaa sisäisesti, koska se on erittäin vahingollista ihmiskudokselle—erityisesti silmille. Lipeää esiintyy viemärinpuhdistusaineissa, kuten Drano™, ja uuninpuhdistusaineissa, kuten Easy-Off™, jotka hyödyntävät sen kykyä muuntaa rasvat vesiliukoiseksi saippuaksi.

Näin tehdessään suhteellisen suuret lipeämäärät voivat kuitenkin tuottaa tarpeeksi lämpöä veden keittämiseen viemärissä, jolloin vesi sinkoutuu ylöspäin. Tästä syystä lipeällä käsiteltävän Viemärin lähellä ei kannata seistä. Suljetussa uunissa tämä ei tietenkään ole vaara, ja kun puhdistus on valmis, muunnetut rasvat (nyt saippuan muodossa) voidaan liuottaa ja pyyhkiä pois sienellä.

mistä oppia lisää

” hapot ja emäkset Usein kysyttyjä kysymyksiä.”General Chemistry Online (Web-sivusto). <http://antoine.fsu.umd.edu/chem/senese/101/acidbase/faq.shtml> (7. kesäkuuta 2001).

” Hapot, emäkset ja suolat. Kemianvalmentaja (s. <http://www.chemistrycoach.com/acids.htm> (kesäkuu 7, 2001).

” Hapot, emäkset ja suolat.”Akronin yliopisto, Kemian laitos (Web-sivusto). <http://ull.chemistry.uakron.edu/genobc/Chapter_09/title.html> (7. kesäkuuta 2001).

ChemLab. Danbury, TT: Grolier Educational, 1998.

Ebbing, Darrell D.; R. A. D. Wentworth; ja James P. Birk. Peruskemia. Boston: Houghton Mifflin, 1995.

Haines, Gail Kay. Mikä tekee sitruunasta hapanta? Kuvittanut Janet McCaffery. New York: Morrow, 1977.

Oxlade, Chris. Hapot ja emäkset. Chicago: Heinemannin Kirjasto, 2001.

Patten, J. M. hapot ja emäkset. Vero Beach, FL: Rourke Book Company, 1995.

Walters, Derek. Kemia. Kuvitus Denis Bishopja Jim Robins. New York: F. Watts, 1982.

Zumdahl, Steven S. Introduction Chemistry A Foundation, 4. Boston: Houghton Mifflin, 2000.

avainsanat

happo:

aine, joka syötävässä muodossaan on maultaan hapan ja ei-syötävässä muodossa kykenee usein liuottamaan metalleja. Hapot ja emäkset reagoivat muodostaen suoloja ja vettä. Nämä kaikki ovat kuitenkin fenomenologisia määritelmiä, toisin kuin kolme happojen ja emästen rakenteellista määritelmää—Arrheniuksen, Brønstedin-Lowryn ja Lewisin happo-emästeoriat.

ALKALI:

termi, joka viittaa alkali-ja maa-alkalimetallien liukoisiin hydroksideihin. Aikoinaan “emästä” käytettiin sellaisten aineiden luokassa, jotka reagoivat happojen kanssa muodostaen suoloja; nykyään kuitenkin suositaan yleisempää termiä emäs.

alkaliniteetti:

adjektiivi, jota käytetään määrittämään, missä määrin aineella on emäksen ominaisuuksia.

anioni:

negatiivisesti varautunut ioni, joka syntyy, kun atomi saa yhden tai useamman elektronin. “Anion” äännetään “an-ie-un”.

VESILIUOS:

aine, jossa vesi muodostaa liuottimen. Vesiliuoksessa tapahtuu suuri määrä kemiallisia reaktioita.

Arrheniuksen happo-EMÄSTEORIA:

ensimmäinen kolmesta happojen ja emästen rakenteellisesta määritelmästä. Ruotsalaisen kemistin Svante Arrheniuksen (1859-1927) muotoilema Arrheniuksen teoria määrittelee hapot ja emäkset niiden vesiliuoksessa tuottamien ionien mukaan: happo tuottaa vetyioneja (H+) ja emäshydroksidi−ioneja (OH -).

emäs:

aine, joka syötävässä muodossaan on maultaan karvas. Emäkset ovat yleensä liukkaita kosketukseen, ja reaktiossa happojen kanssa ne tuottavat suoloja ja vettä. Emäksiä ja happoja ei kuitenkaan määritellä oikein näissä fenomenologisissa termeissä, vaan happojen ja emästen kolmessa rakenteellisessa määritelmässä—Arrheniuksen, Brønstedin-Lowryn ja Lewisin happo-emästeorioissa.

BRØNSTED-LOWRY happo-EMÄSTEORIA:

toinen kolmesta happojen ja emästen rakenteellisesta määritelmästä. Muotoilivat englantilainen kemisti Thomas Lowry (1874-1936) ja tanskalainen kemisti J. N. Brønstedin (1879-1947) Brønsted-Lowry-teoria määrittelee hapon protonin luovuttajaksi (H+) ja emäksen protonin vastaanottajaksi.

kationi:

positiivisesti varautunut ioni, joka syntyy, kun atomi menettää yhden tai useamman elektronin. “Kation” äännetään “KAT-ie-un”.

kemialliset lajit:

yleisnimitys, jota käytetään mistä tahansa kemiassa tutkitusta aineesta—olipa se alkuaine, yhdiste, seos, atomi, molekyyli, ioni jne.

KONJUGAATTIHAPPO:

happo muodostuu, kun emäs ottaa vastaan protonin (H+).

KONJUGAATTIHAPPO-EMÄSPARI:

happo ja emäs, jotka syntyvät, kun happo luovuttaa yhden protonin emäkseksi. Reaktiossa, joka tuottaa tämän parin, happo ja emäs vaihtavat identiteettejä. Aprotonia luovuttamalla haposta tulee konjugaattiemäs ja vastaanottamalla protoni emäs muuttuu konjugaattihapoksi.

KONJUGAATTIEMÄS:

emäs, joka muodostuu hapon vapauttaessa protonin.

ioni:

atomi tai atomit, jotka ovat menettäneet tai saaneet yhden tai useamman elektronin ja joilla on siten nettosähkövaraus. Ioneja on kahdenlaisia: anioneja ja kationeja.

IONILIITOS:

kemiallisen sidoksen muoto, joka syntyy vastakkaisten sähkövarausten ionien välisistä houkutuksista.

ioniyhdiste:

yhdiste, jossa on ioneja. Ioniyhdisteissä on ainakin yksi metalli ja Epämetalli, joita yhdistää ionisidos.

LEWIS happo-EMÄSTEORIA:

kolmas kolmesta happojen ja emästen rakenteellisesta määritelmästä. Yhdysvaltalaisen kemistin Gilbert N. Lewis (1875-1946), Lewisin teoria määrittelee hapon reaktantiksi, joka vastaanottaa elektroniparin toiselta reaktantilta kemiallisessa reaktiossa, ja emäksen reaktantiksi, joka luovuttaa elektroniparin toiselle reaktantille.

PH-asteikko:

logaritminen asteikko aineen happamuuden tai emäksisyyden määrittämiseksi 0: sta (käytännöllisesti katsoen puhdas happo) 7: stä(neutraali) 14: ään (käytännöllisesti katsoen puhdas emäs).

fenomenologinen:

termi, joka kuvaa puhtaasti kokeellisiin ilmiöihin perustuvia tieteellisiä määritelmiä. Nämä välittävät kuitenkin vain osan kuvasta-pääasiassa osan, jonka kemisti voi havaita joko mittaamalla tai aistien, kuten näön, avulla. Rakenteellinen määritelmä on siis yleensä fenomenologista määritelmää parempi.

reaktantti:

aine, joka vuorovaikuttaa toisen aineen kanssa kemiallisessa reaktiossa, jolloin syntyy tuote.

suolat:

hapon ja emäksen välisessä reaktiossa muodostuvat Ioniyhdisteet. Tässä reaktiossa yksi tai useampi hapon vedyistä korvautuu toisella positiivisella ionilla. Suolojen tuottamisen lisäksi happo-emäsreaktioissa tuotetaan vettä.

liuos:

homogeeninen seos, jossa yksi tai useampi aine (thesolute) liuotetaan yhteen tai useampaan muuhun aineeseen (liuotin)—esimerkiksi veteen liuotettuun sokeriin.

liuotin:

aine, joka liuotetaan liuokseen.

rakenteellinen:

termi, joka kuvaa tieteellisiä määritelmiä, jotka perustuvat molekyylirakenteeseen ja käyttäytymiseen puhtaasti fenomenologisen tiedon sijaan.