Kémhatás

1. Kémhatás • pH, savak, bázisok, indikátorok

2. Mi is a bázis? • Bázisnak, lúgnak vagy aljnak nevezzük a hétköznapi életben azokat a vegyületeket, melyek vízben oldódva hidroxidiont szabadítanak fel, ezáltal a vizes oldatkémhatását növelik (a pH 7,0-nél nagyobb lesz). • A kémiában bázisnak tekintjük azokat a molekulákat vagy ionokat, melyek protont (H+ iont) vesznek fel egy másik molekulától vagy iontól (a savtól, mely lehet a víz is), vagy elektront adnak át annak. A bázisok speciális formái a lúgok, melyek vízbe kerülve hidroxidionokat (OH-) adnak le. • Savak és bázisok ellentétes karakterű anyagok tehát, reakciójukból keletkeznek a sók (közömbösítés, semlegesítés).

3. Tulajdonságaik • A bázisok vízben különböző mértékben oldható anyagok, az oldatok kémhatását emelik. (Az erős lúgok általában vízben jól oldódnak.) Híg vizes oldatuk íze többnyire jellegzetesen keserű. A töményebb lúgoldatok tapintása síkos, szappanszerű, maró hatásúak. A kémhatás emelése a protonfelvételnek/hidroxidion-leadásnak köszönhető: • NaOH → Na + + OH- • Ahol: B jelöli a tetszőleges bázist, BH+ a protolizált bázis, mely a protont a disszociáló vízmolekulától veszi fel, OH- pedig a hidroxidion. • Az első egyenletben a bázis által felvett proton (hidrogénion) a víz autoprotolíziséből (disszociációjából) származik, mely az alábbiak szerint a tiszta vízben is végbemegy: • H2O → H+ + OH- • (De mivel a fenti reakcióban a csekély számban keletkező protonok, illetve hidroxidionok mennyisége megegyezik, a tiszta víz kémhatása semleges, pH=7) • A bázisok vizes oldata jól vezeti az elektromos áramot (például nátrium- vagy kálium-hidroxid az alkáli-elemekben), azaz elektrolit. • A bázisok szilárd anyagok, amelyek lehetnek: • fehérek: nátrium-hidroxid, kálium-hidroxid, kalcium-hidroxid • más színűek: réz-hidroxid (kék), nikkel-hidroxid (zöld), vas-hidroxid (rozsdabarna)

4. Legismertebb bázisok • nátrium-hidroxid, vagy nátronlúg (az összes alkáli- és alkáliföldfém hidroxidja erős vagy nagyon erős bázis) • nátrium-karbonát ("szóda") • nátrium-hidrogénkarbonát ("szódabikarbóna", sütőpor) • ammónia (szalmiákszesz) • magnézium-oxid ("magnézia", nem oldódik vízben)

5. Savak • Hétköznapi értelemben azokat a vegyületeket nevezzük savnak, melyek a vízmolekuláknakprotont adnak át, ezáltal a vizes oldatkémhatását savasabbá teszik, a pH-t csökkentik. • A kémiábanBrønsted-féle savnak nevezik azokat a molekulákat és ionokat, melyek protont (H+ iont) adnak át egy másik molekulának vagy ionnak, az úgynevezett a bázisnak. • Lewis-féle savaknak azokat a részecskéket nevezik, melyek elektronpárt vesznek fel. A különböző sav-bázis elméletekben egyéb típusú savakat is definiálnak. • Kémiai értelemben egy anyag nem önmagában, hanem a konkrét kémiai folyamatra nézve sav vagy bázis. Így például a közismert Brønsted-féle sav, az ecetsav is viselkedhet bázisként, ha egy erősebb savval, például kénsavval reagál. Ekkor a kénsav ad le protont, az ecetsav pedig protont vesz fel, tehát bázisként viselkedik. Konkrét folyamat említése nélkül az általános sav és bázis szó az anyagok jellemző – általában vízzel szembeni – viselkedésére utal.

6. Brønsted-féle savak • A hétköznapi értelemben vett savakhoz a Brønsted-féle savak állnak a legközelebb. Általában vízben oldható anyagok, a vizes oldatok pH-ját csökkentik. Híg vizes oldatuk íze általában savanyú, a magyar „sav” szó is erre vezethető vissza. A kémhatás csökkentése a protonleadásnak köszönhető: • AH + H2O → H3O+ + A− • ahol AH jelöli a tetszőleges savat, H3O+ a protonált vízmolekulát, más néven az oxóniumiont, A− pedig a savmaradékiont. • Sósav esetén: • HCl + H2O → H3O+ + Cl− • A Brønsted-féle savak vizes oldata jól vezeti az elektromos áramot (például akkumulátorsav), azaz elektrolit.

7. Csoportosításuk • a savmaradék-ion alapján:szerves vagyszervetlen • a savmolekulánként leadható protonok száma alapján: egy- és többértékű savak • a savi disszociációs állandó alapján: gyenge, közepes és erős savak • vízoldhatóságuk alapján

8. Érdekesség • A legerősebb sav: • Az antimon-pentafluoridhidrogén-fluoridos (HF) oldatát tartják a legerősebb ismert savnak. E sav erőssége sokszorosa a kénsavénak (úgynevezett szupersav).

9. pH • Az oldat kémhatását megmutató érték

10. Víz autóprotolízise • A vízautoprotolízise egy egyensúlyi reakció, melynek során 10−7 mólnyi vízmolekula ad át protont egy másiknak (1 liter vízben, 25 °C -on): • H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH− • Erre az egyensúlyi reakcióra felírható a Kvíz egyensúlyi állandó: • Kvíz = [H3O+][OH-] = 10-7mol/dm³ · 10-7mol/dm³ = 10-14(mol/dm³)² • A szögletes zárójellel a megfelelő ionok moláris koncentrációját jelöljük, ennek mértékegysége: mól/dm³; 1dm³ = 1liter. • Ebből következik: • tiszta vízben és semleges kémhatású oldatokban: • [H3O+] = [OH-] = 10-7 mol/dm³. • pH = -lg10-7 = 7

11. Savak és lúgok híg vizes oldatában az egyensúly eltolódik, de a kétféle ion moláris koncentrációjának szorzata (Kvíz) állandó marad: • savas közegben megnő az oxónium ionok moláris koncentrációja: • - például egy erős savból készült 0,1 mol/dm³ koncentrációjú oldatban (25 °C-on): • [H3O+] = 10-1 mol/dm³ • [OH-] = 10-13 mol/dm³ • pH = -lg[H3O+] = -lg10-1 = 1 • tehát [H3O+] > [OH-], vagyis [H3O+] > 10-7 mol/dm³. • pH < 7

12. lúgos közegben lecsökken az oxónium ionok moláris koncentrációja: • - például egy erős lúgból készült 0,1 mol/dm³ koncentrációjú oldatban (25 °C-on): • [H3O+] = 10-13 mol/dm³ • [OH-] = 10-1 mol/dm³ • pH = -lg[H3O+] = -lg10-13 = 13 • tehát [H3O+] < [OH-], vagyis [H3O+] < 10-7 mol/dm³. • pH > 7

13. Indikátorok • Az indikátorok (az indikál, jelez szóból) olyan anyagok (szerves anyagok), amelyek színváltozással jelzik egy oldatról annak kémhatását vagy titrálás esetén színváltozással jelzik egy reakció lejátszódását.

14. Metilibolya – átcsapási pH tartománya: 0,1-1,5 ; átcsapási színtartománya: sárga-ibolya • Metilnarancs – átcsapási pH tartománya: 3,1-4,4 ; átcsapási színtartománya: vörös-narancs • Metilvörös – átcsapási pH tartománya: 4,4-6,2 ; átcsapási színtartománya: vörös-sárga • Lakmusz – átcsapási pH tartománya: 5,0-8,0 ; átcsapási színtartománya: vörös-kék • Fenolftalein – átcsapási pH tartománya: 8,2-10,0 ; átcsapási színtartománya: színtelen-vörös

15. Természetes indikátorok • A mindennapi használatból kifolyólag a mesterséges indikátorok ismertebbek mint a természetes indikátorok.A természetben található sok festékanyag közül vannak olyanok, amelyek színe állandó, viszont vannak olyanok, amelyek nem , mert bizonyos körülmény hatására ( akát már napsütésre is ) megváltozik a színük. Ezen kívül savas és lúgos hatásra is történhet változás. Ezen színváltozás a sejtnedv pH értékének megváltozása miatt alakul ki. A legtöbb természetes indikátor ezen az elven működik.