Hapot, emäkset ja pH-asteikko

admin 0 Comments Articles

Hapot, emäkset ja pH-asteikko

Mitä tarkoittaa, että liuos on hapan tai emäksinen (emäksinen)?

Se kaikki liittyy vetyioneihin (lyhennettynä kemiallisella symbolilla H+). Vedessä (H2O) pieni osa molekyyleistä dissosioituu (jakautuu). Osa vesimolekyyleistä menettää vetyä ja muuttuu hydroksidi-ioneiksi (OH-). ”Menetetyt” vetyionit liittyvät vesimolekyylien kanssa muodostaen hydroniumioneja (H3O+). Yksinkertaisuuden vuoksi hydroniumioneista käytetään nimitystä vetyionit H+. Puhtaassa vedessä on yhtä paljon vetyioneja ja hydroksidi-ioneja. Liuos ei ole hapan eikä emäksinen.

Happo on aine, joka luovuttaa vetyioneja. Tämän vuoksi, kun happo liuotetaan veteen, vetyionien ja hydroksidi-ionien välinen tasapaino siirtyy. Nyt liuoksessa on enemmän vetyioneja kuin hydroksidi-ioneja. Tällainen liuos on hapan.

Emäs on aine, joka ottaa vastaan vetyioneja. Kun emästä liuotetaan veteen, vetyionien ja hydroksidi-ionien välinen tasapaino siirtyy päinvastaiseen suuntaan. Koska emäs ”imee” vetyioneja, tuloksena on liuos, jossa on enemmän hydroksidi-ioneja kuin vetyioneja. Tällainen liuos on emäksistä.

Happamuutta ja emäksisyyttä mitataan logaritmisella asteikolla, jota kutsutaan pH:ksi. Tässä on syy: vahvasti happamassa liuoksessa voi olla sata miljoonaa miljoonaa eli sata biljoonaa (100 000 000 000 000 000) kertaa enemmän vetyioneja kuin vahvasti emäksisessä liuoksessa! Kääntöpuolena on tietenkin se, että vahvasti emäksisessä liuoksessa voi olla 100 000 000 000 000 000 kertaa enemmän hydroksidi-ioneja kuin vahvasti happamassa liuoksessa. Lisäksi vety- ja hydroksidi-ionien pitoisuudet jokapäiväisissä liuoksissa voivat vaihdella koko tällä alueella.

Käsitelläkseen näitä suuria lukuja helpommin tutkijat käyttävät logaritmista asteikkoa, pH-asteikkoa. Jokainen yhden yksikön muutos pH-asteikolla vastaa kymmenkertaista muutosta vetyionikonsentraatiossa. pH-asteikko on teoreettisesti avoin, mutta useimmat pH-arvot ovat välillä 0-14. On paljon helpompaa käyttää logaritmista asteikkoa sen sijaan, että joutuu aina kirjoittamaan kaikki nollat ylös! Huomaatko muuten, että sata miljoonaa miljoonaa on ykkönen, jonka perässä on neljätoista nollaa? Se ei ole sattumaa, vaan logaritmi!

Tarkemmin sanottuna pH on vetyionikonsentraation negatiivinen logaritmi:

H+:n ympärillä olevat hakasulkeet merkitsevät kemistille automaattisesti ”konsentraatiota”. Yhtälö tarkoittaa juuri sitä, mitä sanoimme aiemmin: jokaista pH:n yhden yksikön muutosta kohden vetyionikonsentraatio muuttuu kymmenkertaiseksi. Puhtaan veden neutraali pH on 7. pH-arvot alle 7 ovat happamia, ja pH-arvot yli 7 ovat emäksisiä (emäksisiä). Taulukossa 1 on esimerkkejä aineista, joilla on eri pH-arvot (Decelles, 2002; Environment Canada, 2002; EPA, päivämäärä tuntematon).