Happo on epäorgaaninen tai orgaaninen kemiallinen yhdiste akseptorin, laajassa merkityksessä, ja elektroninen dubletti . Se on yleensä määritelty tyypillinen reaktioita eri liuottimissa , erityisesti vapauttamalla hydroniumioniin on vesi .
Hapot reagoivat usein vapauttamalla energiaa muiden kemiallisten yhdisteiden kanssa, joita kutsutaan emäksiksi ( muinaisten alkalit ), jotka itse antavat elektronisia dubletteja ja joilla on valta tuottaa kokonaan tai osittain hydroksyyli-ioni vedessä. Vahvat hapot , liuottimessa tietyn väliaineessa, aloittaa täydellinen reaktioita ja nopeasti, muuttaa liuottimen sen paremmin happamassa muodossa; heikkojen happojen edistää tasapainon reaktioita . Usean happofunktionaalisuuden olemassaolo samassa kemiallisessa yhdisteessä luonnehtii polyhappoja .
Alle Bronsted-Lewis teoria, pH , joka liuos on saatu liuottamalla hapon veteen on vähemmän kuin seitsemän.
Hapot ovat olleet tiedossa antiikin ajoista lähtien niiden kyvystä liuottaa metalleja , samoin kuin epämääräisemmin ennen Lavoisieria , kyvystä neutraloida alkaliset liuokset. British kemisti Boyle 's tunnistetaan XVII th luvulla niiden kyky redden lakmuksen, mutta myös niiden yllättävä teho saostamiseksi rikki sen emäksisiä liuoksia.
Hapon ensimmäinen määritelmä on ilmeisesti aistinvaraista alkuperää , mistä kreikkalais-roomalainen maailma osoittaa latinankielisen adjektiivin ăcǐdus , joka tarkoittaa "hapan, pistävä ja siksi hapan" ja jo kuvaannollisesti "happama, epämiellyttävä".
Antiikki käyttää hapon käsitettä, etenkin roomalaisten keskuudessa, jotka käyttävät sanaa acetum puhumaan happoviinistä tai etikka- vinumista (analoginen etikan kanssa), joten termi etikka . Intian alkemistit tiesi myös, että tämä käsite on läsnä alusta XII : nnen vuosisadan eaa. AD on tutkielma Alchemyn Rasārṇava tai sopimus metallisen valmisteiden . Kreikkalaisissa happamuus johtuu terävistä atomeista. Tämä näkymä kesti XVIII nnen vuosisadan .
Keskiajan alkemistit auttoivat myös ymmärtämään tätä käsitystä erityisesti tuottamalla happoja. Persian alchemist (tai Arab mukainen lähteet) Geber osaavat syntetisoida rikkihappoa ja käyttää sitä valmistaa suolahappoa . Monissa alkemia-tutkimuksissa selitetään, miten etikkahappo tislataan etikasta tai typpihappo suolaletkusta . Katso esimerkiksi katalaani filosofille ja alkemistille Raymond Lullelle tai katalaaniksi Ramon Llullille annettu tutkielma De secretis Naturae .
Nykyajan , joka näkökulmasta katsottuna kemia, päättyy Lavoisier, on nähtävissä myös monia edistysaskelia käsite happamuus. Useiden mineraalihappojen synteesejä kehitetään tai parannetaan. Vuonna Letztes UT tutkielma johtuvan Basile Valentin , synteesit rikkihapon ja kloorivetyhapon on kuvattu. Kemisti Johann Glauber (1604-1670), prekursori nykyajan kemian, parantaa synteesin monia happoja ja siksi, että suolahappoa. Teoreettisesta näkökulmasta Nicolas Lémery (1645-1715) selittää ruumiin happamuuden aina sillä, että ne sisältävät teräviä hiukkasia, jotka pistävät kieltä. Fyysikko ja kemisti Robert Boyle antoi vuonna 1675 joitakin happojen ja emästen yleisiä ominaisuuksia, kuten elintarvikkeiden hapan maun, niiden toiminnan liuottimina ja monet kemialliset ominaisuudet. Tämän jakson lopussa englantilainen kemisti Joseph Black löysi hiilidioksidin (ilmahapon) happamat ominaisuudet ja sen reaktion monien emästen, kuten magnesiumoksidi MgO: n, kanssa.
Ensimmäinen teoria happamuudesta johtuu Lavoisierista, joka määrittelee hapon yhdisteeksi, joka sisältää happea.
"Olemme nähneet, että ilmakehän ilma koostui pääasiassa kahdesta aeriformisesta nesteestä tai kaasusta, yhdestä hengittävästä, joka kykenee ylläpitämään eläinten elämää, joissa metalleja kalsinoidaan ja palavat kappaleet voivat palaa; toinen, jolla on täysin vastakkaiset ominaisuudet, joita eläimet eivät voi hengittää, jotka eivät tue palamista jne. Olemme antaneet ilman hengittävän osan pohjalle nimen happi, johdaten sen kahdesta kreikkalaisesta sanasta όξύς, acid, γείνομαι, jonka tuotan, koska todellakin yksi tämän emäksen yleisimmistä ominaisuuksista on muodostaa happoja yhdistämällä useimpiin aineita . "
- Lavoisier, Elementary Treatise on Chemistry, 1864 (1789).
Se, mitä Lavoisier kirjoittaa, on oikein, kunhan "useimmat aineet" ovat ei-metalleja, kuten N ja P, jotka antavat palamisen aikana happoja typpeä, fosforia jne., Mutta osoittautuivat nopeasti vääriksi kalsiumin ja magnesiumin kaltaisilla aineilla, koska ne antavat kalkkia (CaO) , magnesiumoksidi (MgO), jotka ovat emäksiä.
Carl Wilhelm Scheele löytää uusia happoja tai uusia jo tunnettujen happojen valmisteita: bariitti (BaO), fluorivetyhappo (CaF 2: sta ja rikkihaposta), fosforihappo (os: sta), arseeni, molybdiinihapot jne.
Humphry Davy jatkoi Lavoisierin teoriaa täsmentämällä, että emäs on metallin ja hapen yhdistelmä.
Pian sen jälkeen Jöns Jacob Berzelius , jota pidetään Lavoisierin kanssa nykyaikaisen kemian perustajana, yhdistää happoja ja emäksiä koskevan työn ehdottamalla sähkökemiallista teoriaa, joka määrittelee suolan hapon ja emäksen vaikutuksesta.
Vuonna 1838 Justus von Liebig jatkoi Davyn ja Dulongin teoriaa vedyn merkityksestä hapoissa. Leibigille happo on kappale, joka voi korvata metallin vedyllä H. Esimerkiksi AH on happo, jos se sallii Na +: n syrjäytysreaktion.CH 3 COONa+ AH → CH 3 COOH + NaA
Happamuus määritetään sitten Svante Arrhenius lopussa XIX th vuosisadan : happo on kemiallinen yhdiste, joka pystyy tuottamaan ja protonien (ionit H + ), on vesipitoinen liuos ja emäksisen kemiallinen yhdiste, joka voi vapauttaa ioneja hydroksidi (HO - ) in vesiliuos. Mutta tämä määritelmä ei ollut riittävän yleinen ja ei selittänyt emäksisyys tiettyjä kemiallisia yhdisteitä, jotka eivät vapauta HO - vesiliuoksena.
PH- testien ansiosta voimme helposti tunnistaa hapon Arrhenius-merkityksessä kokeellisesti . Hapan liuoksen pH on alle 7 25 ° C: ssa . Mitä matalampi pH, sitä vahvempi happamuus. PH: n mittaamiseksi voit suorittaa erilaisia testejä: pH-paperit, värilliset indikaattorit, pH-mittarin käyttö , punakaalin lehdet jne.
Joannes Brønsted on ensimmäinen teoreettinen happamuus ja mahdollisuus tehdä määrällinen käsittely kaikilla hapoilla. Vuonna 1923 todetun Brønsted-Lowry-teorian mukaan happo on laji, joka voi vapauttaa protonia , ja emäs minkä tahansa lajin, joka voi siepata protonin.
Huomautuksia:
Hapon määritelmä Brønstedin teoriassa viittaa siihen, että se voi luopua protonista antamaan perusmuodonsa ja päinvastoin, joka voi muodostua, kun sen perusmuoto kiinnittää protonin. Happo-emäsparin käsite liittyy siis läheisesti Brønstedin määritelmään.
Happo-emäs-reaktio:
Brønstedin tasapaino:
Hapon ja emäksen välillä tapahtuvia reaktioita kutsutaan "happo-emäksisiksi reaktioksi" tai "happo-emäs-reaktioksi".
Tässä teoriassa veden autoprotolyysi tulkitaan happaman veden (toisin sanoen parin H 3 O + / H 2 O: n emäksisen muodon) reaktiona emäksisen veden kanssa (ts. pari H 2 O / HO - ). Siksi vesi on amfolyytti .
Tämän teorian etu Arrheniusin teoriaan verrattuna on kaksinkertainen:
Lewisin (1923) määritelmä on yleisempi kuin Brønstedin. Tämän määritelmän mukaan happo on kemiallinen yhdiste, joka reaktion aikana voi hyväksyä elektroniparin (dubletti):
Huomautuksia:
Hapot voivat olla:
Veden reaktioita käsitellään usein Brønstedin teorialla. Happo voidaan esittää yleiskaavalla AH (tai AH + ).
Heikot ja vahvat hapot erotetaan toisistaan . Jälkimmäisille on tunnusomaista se, että kun ne viedään veteen, kokonaisuutta AH ei ole olemassa liuoksessa, koska reaktio veden kanssa on täydellinen ja tuottaa liuottimen H 3 O + -ionin .
Niistä vahvat hapot, löydämme hydrasideja (kuten vetyhalogenidihapot HCI: , HBr , HI ) ja oxoacids (happo molekyylejä, joilla on keskeinen atomi, jolla on korkea hapetusaste ympäröi happi -atomia , esimerkiksi: typpihappo , rikkihappo , perkloorihappo , permangaanihappo ).
Se vastaa puhumista "vahvasta" haposta / emäksestä ja "täysin dissosiaatiosta" haposta tai emäksestä. Enemmän välinen reaktio AH ja H 2 O alla on siirtynyt oikealle, sitä voimakkaampi happo (ja vähemmän heikko). Jotkut hapot, kuten suolahappo, siirtävät reaktion kokonaan oikealle. Tällaisia happoja ei siis ole vedessä.
Heikkoja happoja luokitellaan ( muurahaishappo , etikkahappo ), joka perustuu niiden happamuus vakio . Tämä määritellään Bronsted tasapainovakio joiden Reagoivat aineet ovat happo HA ja liuotin (esimerkiksi vesi H 2 O), ja tuotteet: konjugaatti pohja - ja happomuoto liuotinta (esimerkiksi H 3 O + ).
AH + H 2 O = a - + H 3 O +
Vedessä happamuus mitataan pH-asteikolla. Tätä astetta pidetään yleisesti välillä 0–14, hyvin happamasta hyvin emäksiseen. Nämä arvot eivät ole mielivaltaisia, ne vastaavat pH-arvoa liuokselle, jossa hapon H 3 O + liuottimen ja HO- liuottimen emäksen aktiivisuus (yksinkertaisuuden vuoksi: pitoisuus) - valenttinen 1 mol · L -1 . Vesi on sekä heikko happo että heikko emäs (sanomme, että vesi on amfolyytti tai amfoteeri ).
Verrataan yleensä happojen "vahvuutta":
Mikä tahansa veteen sisältyvä vahva happo reagoi antaen - täysin - H 3 O + -ionin . Näiden happojen vahvuus ei siis ole vertailukelpoinen. Tätä ilmiötä kutsutaan happojen liuottimien tasoitukseksi .
Täysin dissosioituneiden happojen / emästen "vahvuuksien" vertaamiseksi on välttämätöntä käyttää muuta liuotinta kuin vettä ( esim. Etanoli ), joka on vähemmän reaktiivinen, toisin sanoen vähemmän emäksistä, etaanihappoa. (Puhdasta) happamampaa kuin vesi, jne. .
Vedessä vahvin happo on H 3 O + ( vesipitoinen H + ) ja vahvin emäs on HO - . On pidettävä mielessä, että nämä merkinnät (H 3 O + ja HO - ) ovat vain järjestelmän kaavamaisia yksinkertaistuksia. Todellisuudessa molemmat H + ja HO - ympäröi solvaatio pallo (useita vesimolekyylejä , polaarinen , joten sähköstaattinen kaltaisia sidoksia ionien ). Tiukempaa merkintä tulisi siten olla H (H 2 O) n + ja HO (H 2 O) n - . Tämä tiukempi notaatio ei kuitenkaan edistä mitään happo-emäs-ilmiöiden ymmärtämisessä.
Brønstedin teoria yleistää muita liuottimia.
Proottiset liuottimet voivat antaa ja vastaanottaa H-ioni + ( Hydron ), joka tunnetaan yleisesti protoni (siksi termi "proottinen liuotin"). Proottiset liuottimet, on tunnusomaista niiden autoprotolysis tasapainoa, ja jonka tasapainovakio tämän tasapainon.
Esimerkiksi :
Näissä liuottimissa happo-emäs-parin käsite määritellään samalla tavalla. Protonien vaihto tapahtuu aina parin happaman tai emäksisen muodon ja liuottimen (tai sen autoprotolyysitasapainosta johtuvien ionien) välillä. Jotkut parit esiintyvät vedessä ja muissa liuottimissa, mutta toiset voivat esiintyä vedessä eikä toisessa liuottimessa tai päinvastoin. Esimerkiksi :
Monet liuottimet eivät voi vaihtaa protoneja tai muita hiukkasia. Tämä pätee esimerkiksi hiilivetyihin. Tässä tapauksessa happoja ja emäksiä ei voida tasoittaa. Koska nämä liuottimet käytännössä eivät solvatoimaan ionien tasapainoa (esimerkiksi HCI / Cl - ) on hieman siirtymään suuntaan muodostumista Cl - .
Liuottimet, jotka vaihtavat muita hiukkasia kuin H +Jotkut liuottimet voivat vaihtaa muita hiukkasia kuin protoneja. Ne eivät kuulu Brønsted-teorian piiriin, ja niitä on käsiteltävä liuotinsysteemin teorian puitteissa . Esimerkiksi, jossakin liuottimessa, kuten BrCl 3 , tasapainoa vastaava autoprotolysis on kirjoitettu:2BrCl 3 = BrCl 2 + + BrCl 4 -
Laji lisätään tämä liuotin on happo, jos se auttaa lisäämään pitoisuuden BrCl 2 + ioneja . Se on perusta, jos se auttaa lisäämään BrCl 4 - ionien pitoisuutta . Esimerkiksi :
Muut hiukkaset, kuten oksidi- ioni, voidaan vaihtaa . Täten NO 2 , meillä on reaktio 2 NO 2 → NO 3 - + NO + , jotka voidaan nähdä siirto O 2- ioni, tämä on määritelmä Lux-Flood hapot. Sitten voimme määritellä emäksen O 2 -ionin luovuttajaksi (runsaasti elektroneja) ja hapon O 2- ionin vastaanottajaksi . Muissa tapauksissa se on F - ioni siirto . Tämän tyyppisellä reaktiokäsityksellä liuoksessa on tärkeä rooli metallurgiassa ja kivien tutkimuksessa (katso alla).
Tulvahappo on O 2 -oksidi-ionin vastaanottaja . In petrologian , sanotaan, että rock on hapan, jos se sisältää yli 65% piidioksidia . Tämä on sääntö, joka heijastaa Lux-Flood -happojen määritelmää: mineraali-piidioksidi SiO 2, Hyvä akseptori on oksidi-ionien O 2- , on todennäköisesti synnyttää tetraedrisessa silikaatti -ioni SiO 44- , piidioksidi on hapan.
Joskus helppo käyttö on piihapon muodostuminen .
Kiinteä SiO 2 , hyökkäävällä pinnalla, huonosti stabiloitu lasi + nestemäinen H 2 O, puhdas ja aggressiivinen vesi = H 2 SiO 3 liukoinen ja solvatoitunut
Jos piidioksidipitoiset kivet ovat happamia, kuten ryoliitti tai graniitit, piidioksidia köyhät ja runsaasti kalkkia sisältävät CaO tai magnesiumoksidi MgO ovat toisaalta emäksisiä.
Tämä on tärkeää magmien käyttäytymisen ymmärtämiseksi (varsinkin tulivuorissa ), ja kun haluamme liuottaa kallion analysointia varten, esimerkiksi liukeneminen happoon ICP- analyysia varten tai liukeneminen lasiin röntgenfluoresenssispektrometrialla analysointia varten ( ns. ” sulan helmen ” tekniikka ).
Viimeksi mainitussa sovelluksessa happamuus arvioidaan usein happamuusluvulla , joka on happiatomien lukumäärä jaettuna muiden atomien määrällä ; esimerkiksi Si02: lla on happoluku 2, CaCO 3: lla happoluku 1,5.
Hapan maku on tunnustettu erityisesti PKD2L1 reseptorit, jotka ovat todennäköisesti herkkiä läsnäolo H + ioneja , tai tiettyjen syklisten nukleotidien. Joistakin tutkimuksista huolimatta tiedämme nyt, että sen tunnustaminen on riippumatonta suolaisen maun tunnustamisesta. Näiden reseptorien myös tärkeä fysiologinen rooli muualla kehossa ja ne ilmaistaan pinnalla tiettyjen solujen määrän säätämiseksi CO 2 on veressä tai määrä aivo-selkäydinnesteen .
Yksi happoliuosten pääominaisuuksista on, että ne voivat liuottaa suuren määrän materiaaleja . Liuotusteho riippuu hapon pitoisuudesta sekä materiaalin ja hapon kemiallisesta luonteesta.
Metalli , kun redox-potentiaali pari kationi / metalli on johdettu mainittu metalli on pienempi kuin 0, eivät ole stabiileja happamissa liuoksissa, joten ne ovat hapettunut (eli joka on ionisoidaan menetys yhden tai useamman elektroneja ); metalli -ioni voi sitten jäädä liuotettiin ( solvatoitunut ) muodossa, tai yhdistää yhden tai useamman happi- ioneja ja muodostaa oksidin . Happamuus on yksi vesipitoisen korroosion tärkeistä parametreista . Metallien liukenemista käytetään taidekaiverruksessa, se on etsaustekniikkaa ; sitä käytetään myös metallografiassa paljastamaan vikoja (esimerkiksi raerajat ).
Kalkkikivi liukenee helposti heikoilla hapoilla; hanat puhdistetaan sitruunan mehu ( sitruunahappo ) tai etikkaa ( etikkahappo ).
Lasit voidaan liuottaa, että fluorivetyhappo , mutta käsittely tämä happo on erittäin vaarallista, koska läsnä ionien fluoridi .
Väkevöidyt hapot voivat aiheuttaa palovammoja iholle ja limakalvoille (silmät, nenä, suu). Hapan palamisen yhteydessä sinun on:
Tiivistettyjen happojen käyttö on aina tehtävä koulutettujen ja varustettujen ihmisten (laboratoriotakki, käsineet, lasit) hupun alla .
Tässä on joitain päähappoja: