Et ole epäilemättä kuullut happoja ja voi luultavasti mainita muutaman vain lukemalla ruokalappuja: Sitruunahappo. Etikkahappo. Samalla tiedät, että ainakin jotkut hapot voivat olla haitallisia, jos vain käsittelet niitä, joten eri hapoilla on selvästi erilaiset ominaisuudet, mukaan lukien erilaiset vahvuudet.
Pohjat myös kaikkialla maailmassa, vaikka ne näyttävät saavan vähemmän julkisuutta jostain syystä. Emäkset voivat happojen tavoin vahingoittaa biologisia ja muita materiaaleja. Olet kohdannut vahvan emäksen kotitalouksien pyykinvalkaisuaineena (NaClO tai natriumhypokloriitti).
Hapot ja emäkset täydentävät melkein kaikin tavoin, ja toista voidaan käyttää jopa toisen "neutralointiin", kuten suun kautta otettaessa. antasidi tabletit mahahapon torjumiseksi. Osa tästä on nimikkeistössä; kun hapot todella käyttäytyvät kuten hapot, niistä tulee emäksiä ja sama kuin emästen käyttäytyminen. Ymmärtäminen konjugaattihapot ja emäkset on välttämätöntä kemiallisten reaktioiden hallitsemiseksi.
Happo-emäskemian historia
Jopa 1600-luvun puolivälissä, Robert Boyle, joka näytti olevan mukana melkein jokaisessa kemiakokeessa noina päivinä, tajusi sen tietyillä ratkaisuilla oli ominaisuuksia, kuten kyky vahingoittaa upotettuja aineita tai muuttaa niitä värit, ja että nämä vaikutukset voitaisiin estää tai kumota lisäämällä alkaliyhdisteitä, joiden nykyään tiedetään olevan emäksisiä.
Vuonna 1923 Johannes Brønsted ja Thomas Lowry muodollisesti määritellyt hapot ja emäkset vetyionien (H+).
Brønsted-Lowry-hapot
Hapon konjugaattiemäs on yhdiste, joka on jäljellä sen jälkeen, kun happo on luovuttanut vetyionin, ja emäksen konjugaattihappo on yhdiste, joka on jäljellä sen jälkeen, kun vetyioni on hyväksytty pohja.
A Brønsted-Lowry-happo on siten yksinkertaisesti molekyyli, joka voi lahjoittaa vetyionin (joka on positiivisesti varautunut atomi) toiselle molekyylille; tuon hapon jäännöstä kutsutaan sen konjugaattipohja. Esimerkiksi milloin suolahappo lahjoittaa protonin, kloridi-ioni jäljelle jää konjugaattialusta:
HCl → H++ Cl−
Joskus happo ladataan positiivisesti ennen vetyionin luovuttamista, sen sijaan, että se olisi neutraali, kuten esimerkiksi HCl: ssä. Tämä voidaan havaita ammoniumioni lahjoittamalla protoni konjugaattiemäkseksi ammoniakki:
NH4+ → H++ NH3
H2PO4−: happo tai emäs?
Toistaiseksi olet nähnyt esimerkkejä yhdisteistä, joilla on kaava, joka tekee selväksi, toimiiko molekyyli happona vai emäksenä (tai tällöin kumpikaan). Jos näet ionin, johon ei sisälly vetyatomeja, kuten Cl−, tiedät, että se ei voi olla happo, koska sillä ei ole protoneja, mutta että se voi olla emäs, koska se on anioni, jonka varaus on -1 ja "innokas" ottamaan protoni.
Mutta entä yhdisteet, joissa on useita vetyatomeja, jotka ovat vaihdettavissa? Oikeassa ympäristössä yhdiste, joka toimii emäksenä riittävän vahvan hapon läsnä ollessa myös toimii happona riittävän vahvan emäksen läsnä ollessa. (Ajattele emäksiä "vety-ioni-vetäjinä". Tällaista yhdistettä kutsutaan amfoteerinen tai amfroottinen.
Klassinen esimerkki on divetyfosfaatti ioni H2PO4−. Vahvan hapon HBr läsnä ollessa tämä molekyyli hyväksyy helposti haposta tulevan vetyionin fosforihappo (H3PO4). Silti emäksisen hydroksidin (OH−) -ionit, divetyfosfaatti sen sijaan luovuttaa protonin tullakseen monovetyfosfaatti (HPO42−).
-
H: n konjugaattiemäs2PO4−
on siis HPO42−ja konjugaattihappo
H2PO4− on H3PO4.