Tutkija Svante Arrhenius ehdotti ensin, että hapot hajoavat vedessä ionien muodostamiseksi. Hänen mukaansa hapot olivat materiaaleja, jotka sisälsivät vetyionia. Veteen liuennut vetyioni H+antaa liuokselle hapon ominaisuudet. Arrhenius kehitti myös vastaavan määritelmän tukikohdalle. Veteen liuennut emäkset tuottavat hydroksidi-ioneja, OH-, jotka antavat ratkaisulle pohjan ominaisuudet.
Arrhenius-määritelmät kattavat monet yleisimmistä hapoista ja emäksistä sekä niiden kemiallisista reaktioista, mutta on muitakin materiaaleja, joilla on happojen ominaisuudet, mutta jotka eivät sovi Arrheniusiin määritelmä. Happojen laajemmat määritelmät voivat sisältää joitain näistä materiaaleista.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Arrhenius-happo on materiaali, joka veteen liuotettuna hajoaa ioneiksi, vetyionit mukaan lukien. Arrheniuksen mukaan happo voidaan määritellä materiaaliksi, joka lisää vetyionien pitoisuutta vedessä. Vastaava emästen määritelmä on materiaali, joka lisää hydroksidi-ionien konsentraatiota. Arrhenius-määritelmät rajoittuvat materiaaleihin, jotka liukenevat veteen, kun taas laajemmat määritelmät voivat sisältää enemmän aineita happojen ja emästen joukossa.
Arrhenius-hapon ominaisuudet
Historiallisesti happoja kuvattiin hapan ja syövyttäviksi, mutta näiden ominaisuuksien perusteista ei tiedetty juurikaan. Vuonna 1884 Svante Arrhenius ehdotti, että yhdisteet, kuten NaCl tai pöytäsuola, muodostivat varautuneita hiukkasia, joita kutsutaan ioneiksi, kun ne liukenivat veteen. Vuoteen 1887 mennessä Arrhenius oli kehittänyt teorian, joka sai hänet ehdottamaan, että vedessä ionisoidut hapot tuottavat vetyioneja. Vetyionit antoivat hapoille niiden ominaisuudet.
Happojen tärkeä ominaisuus on, että ne reagoivat metallien kanssa muodostaen suolaa ja vetykaasua. Hapon Arrhenius-määritelmän avulla on selvää, että happo liukenee veteen vetyioneiksi ja muut negatiiviset ionit haposta. Metalli yhdistyy negatiivisten ionien kanssa, jolloin vetyionit ja ylimääräiset elektronit muodostavat vetykaasua.
Hapot reagoivat myös emästen kanssa muodostaen suolaa ja vettä. Arrhenius-määritelmän mukaan emäkset tuottavat hydroksidi-ioneja liuoksessa. Tämän seurauksena happo-emäs-reaktiossa hapon vetyionit yhdistyvät emäksen hydroksidi-ionien kanssa muodostaen vesimolekyylejä. Hapon negatiiviset ionit yhdistyvät emäksen positiivisiin ioneihin suolan muodostamiseksi.
Esimerkkejä Arrhenius-happoreaktioista
Kun tyypillinen Arrhenius-happo, kuten suolahappo, reagoi metallin tai emäksen kanssa, Arrhenius-määritelmät helpottavat reaktioiden seuraamista. Esimerkiksi suolahappo, HCI, reagoi sinkin, Zn: n kanssa muodostaen sinkkikloridia ja vetykaasua. Negatiiviset Cl-ionit yhdistyvät sinkkiatomeihin muodostaen ZnCl: n2 molekyylejä ja tuottaa ylimääräisiä elektroneja. Elektronit yhdistyvät hapon vetyionien kanssa vetykaasuksi. Kemiallinen kaava on Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2.
Kun kloorivetyhappo yhdistyy emäksen, kuten natriumhydroksidin, NaOH: n kanssa, emäs dissosioituu natrium- ja hydroksidi-ioneiksi. Kloorivetyhapon vetyionit yhdistyvät natriumhydroksidin hydroksidi-ionien kanssa muodostaen vettä. Natriumionit yhdistyvät kloori-ionien kanssa muodostaen NaCl tai pöytäsuolaa. Kemiallinen kaava on HCl + NaOH = NaCl + H2O.
Happojen laajemmat määritelmät
Arrheniuksen happojen määritelmä on kapea siinä mielessä, että sitä sovelletaan vain veteen liukeneviin aineisiin ja vain niihin, joissa on vetyioneja. Laajemmassa määritelmässä hapot määritellään aineiksi, jotka lisäävät vetyionien pitoisuuksia liuotettuna veteen.
Jopa laajemmat määritelmät, kuten Lewisin tai Bronsted-Lowryn määritelmät, kuvaavat happoja elektronien vastaanottajina tai protonien luovuttajina. Ne sisältävät aineita, joilla on happojen ominaisuudet, mutta jotka eivät sovi perinteiseen määritelmään. Arrhenius-määritelmät ovat toisaalta tavallisille kemiallisille reaktioille hyvä perusta reaktioiden toiminnan selittämiselle.