De wetenschapper Svante Arrhenius stelde voor het eerst voor dat zuren in water dissociëren om ionen te vormen. Volgens hem waren zuren materialen die een waterstofion bevatten. Opgelost in water, het waterstofion, H+, geeft de oplossing de kenmerken van een zuur. Arrhenius ontwikkelde ook een overeenkomstige definitie voor een basis. Wanneer opgelost in water, produceren basen hydroxide-ionen, OH-, die de oplossing de kenmerken van een base geven.
De Arrhenius-definities omvatten veel van de meest voorkomende zuren en basen en hun chemische reacties, maar er zijn andere materialen die de eigenschappen van zuren hebben maar niet passen bij de Arrhenius definitie. Bredere definities van zuren kunnen sommige van deze materialen omvatten.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Een Arrhenius-zuur is een materiaal dat, wanneer opgelost in water, uiteenvalt in ionen, waaronder waterstofionen. Volgens Arrhenius kan een zuur worden gedefinieerd als een materiaal dat de concentratie van waterstofionen in water verhoogt. De overeenkomstige definitie voor basen is een materiaal dat de concentratie van hydroxide-ionen verhoogt. De Arrhenius-definities zijn beperkt tot materialen die oplossen in water, terwijl bredere definities meer materialen onder zuren en basen kunnen omvatten.
De kenmerken van een Arrhenius-zuur
Historisch werden zuren beschreven als zuur en bijtend, maar er was weinig bekend over de basis voor deze eigenschappen. In 1884 stelde Svante Arrhenius voor dat verbindingen zoals NaCl of keukenzout geladen deeltjes, ionen genaamd, vormden wanneer ze in water oplosten. In 1887 had Arrhenius een theorie ontwikkeld die hem ertoe bracht te suggereren dat zuren geïoniseerd in water om waterstofionen te produceren. De waterstofionen gaven zuren hun eigenschappen.
Een belangrijk kenmerk van zuren is dat ze met metalen reageren tot een zout- en waterstofgas. Met behulp van de Arrhenius-definitie van een zuur is het duidelijk dat het zuur in water oplost in waterstofionen en de andere negatieve ionen van het zuur. Het metaal combineert met de negatieve ionen, waardoor de waterstofionen en extra elektronen waterstofgas vormen.
Zuren reageren ook met basen om een zout en water te vormen. Volgens de Arrhenius-definitie produceren basen hydroxide-ionen in oplossing. Dientengevolge combineren in een zuur-base-reactie de waterstofionen van het zuur met de hydroxide-ionen van de base om watermoleculen te vormen. De negatieve ionen van het zuur combineren met de positieve ionen van de base om een zout te vormen.
Voorbeelden van Arrhenius-zuurreacties
Wanneer een typisch Arrhenius-zuur, zoals zoutzuur, reageert met een metaal of een base, maken de Arrhenius-definities het gemakkelijk om de reacties te volgen. Zoutzuur, HCl, reageert bijvoorbeeld met zink, Zn, om zinkchloride en waterstofgas te vormen. De negatieve Cl-ionen combineren met de zinkatomen om de ZnCl. te vormen2 moleculen en genereren extra elektronen. De elektronen combineren met de waterstofionen van het zuur om waterstofgas te worden. De chemische formule is Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2.
Wanneer zoutzuur wordt gecombineerd met een base zoals natriumhydroxide, NaOH, dissocieert de base in natrium- en hydroxide-ionen. De waterstofionen van het zoutzuur combineren met de hydroxide-ionen van het natriumhydroxide om water te vormen. De natriumionen combineren met de chloorionen om NaCl of tafelzout te vormen. De chemische formule is HCl + NaOH = NaCl + H2O.
Bredere definities van zuren
De Arrhenius-definitie van zuren is smal in die zin dat deze alleen van toepassing is op stoffen die oplossen in water en alleen op die met waterstofionen. Een bredere definitie definieert zuren als stoffen die de concentratie van waterstofionen verhogen wanneer ze in water worden opgelost.
Zelfs bredere definities zoals de Lewis- of de Bronsted-Lowry-definities beschrijven zuren als elektronenacceptoren of als protondonoren. Ze bevatten stoffen die de kenmerken van zuren vertonen, maar niet voldoen aan de traditionele definitie. Voor veelvoorkomende chemische reacties daarentegen vormen de Arrhenius-definities een goede basis om uit te leggen hoe de reacties werken.