Happo

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
Rikkihappoon yksi tunnetuimmista hapoista.

Happo(lat.acidum) onkemiassaaine, joka luovuttaa positiivisia vetyioneja tai joka vastaanottaaelektroniparin.Arkikielessä hapolla tarkoitetaan Brønsted–Lowry-happoa.[1]

Määritelmät

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Hapon määritelmiä on useita, koska happo-emäsparin määrittelyä on laajennettu sen mukaan, kun kemian tietous on lisääntynyt.

Alun perin hapoilla tarkoitettiin aineita, jotka maistuvat happamalta.[2]Niillä todettiin jo varhain olevan muitakin yhteisiä ominaisuuksia: Ne syövyttävät useita metalleja[3]ja muuttavat eräiden väriaineiden,indikaattorienvärin, mutta menettävät nämä ominaisuutensa reagoidessaan vesiliuoksissa liukkailta tuntuvien aineiden,emästenkanssa.[2]Vuonna 1663Boylemäärittelikin hapon aineeksi, joka maistuu happamalta ja muuttaalakmuksenpunaiseksi.[2]

Antoine Laurent Lavoisierväitti 1700-luvulla kaikkien happojen sisältävän yhteisenä ainesosanaanhappea,joka sai sen mukaan nimensäkin (oxygenium,hapon muodostaja). MyöhemminDavykuitenkin osoitti, ettäsuolahappoei sisältänyt happea, mutta pian osoittautui, että kaikki hapot sisältävätvetyä.[2]

Arrheniuksen happo

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Arrheniuksenvuonna 1881 esittämä happo-emästeoria perustuuelektrolyyttiendissosiaatiooneli niiden jakautumiseen liuoksissaioneiksi.[2]Teorian mukaan happo on aine, joka tuottaa vesiliuokseen vetyioneja H+(käytännössäoksoniumionejaH3O+), jaemäson aine, joka tuottaa vesiliuokseen OH−-ioneja. Niinpä esimerkiksisuolahappojakautuu vedessä vety- (H+) jakloridi-ioneiksi (Cl−),rikkihappotaas vety- jasulfaatti-ioneiksi (SO42−).

Brønsted–Lowryn happo

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
Etikkahaponprotolyysireaktion reaktioyhtälö.

Nykyisin yleisesti käytetynBrønsted–Lowryn teorianmukaan happo on yhdiste, joka pystyy luovuttamaanprotonineli vetyionin H+,ja emäs on vastaavasti yhdiste, joka pystyy vastaanottamaan vetyionin. Brønsted–Lowry-happoon täytyy siten sisältyä vähintään yksi vetyatomi, ja Brønsted–Lowry-emäkseen täytyy sisältyä sellaisen elektronipari, johon protoni voi liittyä.[1]Kyseinen elektronipari voi ollavapaa elektroniparitaiπ-sidoksenelektronipari.[1]Yleisestä Brønsted–Lowry-haposta käytetään merkintää H-A, emäksestä:B. Vetyä sekä vapaita elektronipareja tai π-sidoksia sisältävät aineet kuten H2O ja CH3OH voivat toimia reaktiosta riippuen happona tai emäksenä.[1]

Pienen kokonsa ja varauksensa vuoksi protoni ei voi kuitenkaan esiintyä liuoksissa vapaana, minkä vuoksi happo voi luovuttaa protonin vain, jos läsnä on aine, joka voi ottaa sen vastaan, siis emäs.[2]Vesiliuoksessa hapon luovuttama protoni sitoutuu vesimolekyyliin muodostaenoksoniumioninH3O+.Tällöin vesi toimii siis emäksenä. Oksoniumioni on voimakas happo, ja se tekee liuoksenhappamaksi.Brønsted–Lowryn teorian mukaisia happo-emäsreaktioita tapahtuu kuitenkin myös muissa kuin vesiliuoksissa ja silloinkin syntyy ioneja ja näistä edelleenioniyhdisteitäeli suoloja.

Brønsted–Lowryn teorian mukaanhappotähdeeli se ioni, joka haposta jää jäljelle sen luovuttaessa protonin, on aina emäs, koska se voi ottaa protonin takaisin. Happo A ja sitä vastaava emäs A−muodostavat toisiaan vastaavanhappo-emäsparin.[4]Vahvojen happojenhappotähteet ovat kuitenkin emäksinä niin heikkoina, ettei niitä tavallisesti sanota emäksiksi.

Lewisin happo

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
  • Lewisinteoriamäärittelee happo ja emäs -käsitteen Brønsted–Lowryn teoriaa laajemmin. Lewis-happo on yhdiste, joka pystyy vastaanottamaanelektroniparin(eli sillä on vajaasti miehitetty valenssiorbitaali) ja Lewis-emäs on aine, joka voi luovuttaa elektroniparin.
    • Lewisin teorian mukaan em. hapot eivät sinänsä ole happoja vaan Lewis-haponkantajia, varsinainen Lewis-happo on niistä irtoava H+-ioni.
    • Lewis happo-emäspari muodostaa elektroniparilla uuden sidoksen.
    • Lewis-hapot eivät ole aina Brønsted-happoja – termiäLewis-happokäytetään yleensä vain näistä hapoista. Esimerkiksipiidioksidillaon Lewis-happamuus, jota voidaan hyödyntää katalyysiin, vaikka piidioksidi on veteen liukenematon eikä sisällä tai vapauta vetyioneja.

Dissosiaatio

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Hapot voidaan jakaadissosoituneeneli hajonneen hapon osuuden mukaanheikoiksijavahvoiksi hapoiksi.Vahvat hapot hajoavat (protolysoituvat) lähes kokonaan, heikot vain osittain, ja määritelmä ei riipu liuoksen väkevyydestä. Joshappovakioon suurempi kuin 1 niin kyseessä on vahva happo, muulloin heikko happo. Lisäksi rikkihappoa vahvempia happoja kutsutaansuperhapoiksi.

HappovakioKakuvaa hapon vahvuutta vesiliuoksessa. Happovakion arvo reaktiossa HA + H2O⇌A−+ H3O+voidaan laskea seuraavalla tavalla:

Vahvimmilla hapoilla happovakio on jopa 1015,kun taas heikoimmilla hapoilla happovakio on 10−60.

Yksiarvoiset eli monoproottiset hapot reagoivat kerran molekyyliä kohden, esimerkiksi suolahappoHClhajoaa vain ioneiksiH+jaCl−.Moniarvoisten eli polyproottisten happojen vesiliuoksissa tapahtuu useampia eri protolyysireaktioita. Moniarvoisia happoja ovat esimerkiksi rikkihappoH2SO4ja fosforihappoH3PO4,koska niiden molekyyleissä on useita vetyatomeja, jotka voivat irrota protoneina. Rikkihappo luovuttaa aluksi yhden protonin, jolloin syntyyvetysulfaatti-ioni (HSO4−), joka pystyy edelleen luovuttamaan protonin. Rikkihapon vesiliuoksessa tapahtuu siten kaksi eri protolyysireaktiota. Fosforihapossa on kolme vetyatomia, joten sen vesiliuoksessa tapahtuu kolme eri protolyysireaktiota. Moniarvoisten happojen eri konjugaattiemäksillä on eri emäksisyys; esimerkiksi rikkihapon ensimmäinen konjugaattiemäs vetysulfaatti on hyvin heikko, mutta toisen deprotonoinnin tulossulfaattiSO42−taas on selvästi emäksinen. Tämä havaitaan esimerkiksi siten, että sulfaattisuolat ovat emäksisiä.

Vesi H2O voi Brønstedin teorian mukaan toimia sekä happona että emäksenä eli se on amfiproottinen (aik. amfoteerinen) aine eliamfolyytti.Myös moniarvoisten happojen ionit voivat toimia amfolyytteinä, esimerkiksivetysulfaatti-ioni HSO4−pystyy sekä luovuttamaan että vastaanottamaan protonin.

Väkevät hapot syövyttävät orgaanista ainetta sekä metalleja. Happojen vesiliuoksetmaistuvat happamilta.

Jotkut hapot ovathapettimia,esim.typpihappoHNO3,vaikka hapettimen ei tarvitse olla happo tai toisinpäin. Suolahappo on esimerkki haposta, joka ei ole hapetin. Varsinaisten ionisten pelkistimien kanssa hapot voivat kuitenkin pelkistyä ja muodostaa vetyä (H2), esim.natriumborohydridireagoi happoliuoksessa vedyksi ja boorihapoksi.

Esimerkkejä hapoista

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
Fluoriantimonihappoon vahvin tunnettu superhappo. Se on moninkertaisesti vahvempaa kuin rikkihappo.

Esimerkkejä Arrhenius-hapoista ovattyppihappo,rikkihappo,vetykloridihappoelisuolahappojaetikkahappo.Nämä yhdisteet ovat happoja sekä Arrheniuksen että Brønsted–Lowryn teorian mukaan. Paljon käytettyjä Lewis-happoja ovatsinkkikloridijaalumiinikloridi.

Epäorgaanisista hapoista suurin osa kuuluuhappihappojenryhmään. Niissä jokin keskusatomina toimivan alkuaineen atomi on sitoutunut yhteen tai useampaan happiatomiin, joista ainakin osaan on lisäksi kiinnittynyt vetyatomi. On kuitenkin olemassa myös niin sanottujavetyhappoja,joissa ei ole happea.

Orgaanisia happoja ovat etenkinkarboksyylihapot.Ne ovat yleensä heikkoja happoja.

Boorihappoavoidaan käyttää esimerkiksi hyönteismyrkkynä.

Happojen nimeäminen

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Monet epäorgaaniset happihapot kutenrikkihappo,typpihappojafosforihappoovat saaneet nimensä alkuaineesta, jota niissä esiintyy vedyn ja hapen lisäksi. Sama alkuaine voi kuitenkin muodostaa vedyn ja hapen kanssa useitakin happoja. Tällöin hapon suomenkielisessä nimessä käytetään happo-sanan sijasta sanahapokesillä hapolla, jonka molekyylissä on yksi happiatomi vähemmän kuin varsinaisella hapolla ja joka useimmiten on samalla heikompi happo. Niinpä esimerkiksi rikkihappo on H2SO4ja rikkihapoke H2SO3.Jos happoja, jotka eroavat toisistaan happiatomien lukumäärän perusteella, on enemmänkin, nimen alkuun lisätään eräissä tapauksissa vielä etuliiteper-taihypo-;niinpä on esimerkiksi:

Niidenanionienja niiden muodostamiensuolojennimissä, jotka saadaan poistamalla haposta vetyionit, vastaa pääte-iittisitä happoa, jonka nimessä on sana hapoke, ja-aattisitä happoa, jonka nimessä on sana happo. Niinpä esimerkiksisulfiitti-ioni on SO32−jasulfaatti-ioni SO42−.Etuliitteitä hypo- ja per- käytetään myös anionien ja suolojen nimissä, esimerkiksiperkloraatti-ioni on ClO4−.

Katso myös

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]

Lähteet

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
  1. ↑abcdJ.G. Smith,Organic Chemistry, 2e, McGraw-Hill, 2007,ISBN 978-0-07-304986-1,(englanniksi)
  2. ↑abcdefOtavan suuri ensyklopedia, 2. osa (Cid-Harvey),s. 1605. artikkeli Hapot ja emäkset. Otava, 1977. 951-1-04170-3.
  3. ↑Otavan iso Fokus, 3. osa (Ip–Kp),s. 1756. art. Fokus. Otava, 1973.ISBN 951-1-00051-9.
  4. ↑Matti Tiilikainen, Ilkka Virtamo:Kemia 1,s. 99. WSOY, 1968.

Aiheesta muualla

[muokkaa|muokkaa wikitekstiä]
Wikimedia Commonsissaon kuvia tai muita tiedostoja aiheestaHappo.

Noudettu kohteesta”https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Happo&oldid=21124835”