Happamuus
Wikipedia
| Aine | pH |
|---|---|
| Akkuhappo |
|
| Mahahappo |
|
| Sitruunamehu |
|
| Kolajuoma |
|
| Etikka |
|
| Appelsiini- ja omenamehu |
|
| Olut |
|
| Kahvi |
|
| Tee |
|
| Happosade |
|
| Maito |
|
| Puhdas vesi |
|
| Ihmisen sylki |
|
| Veri |
|
| Merivesi |
|
| Käsisaippua |
|
| Ammoniakki |
|
| Pyykinpesuaine |
|
| Lipeä (NaOH) |
|
Happamuus kuvaa positiivisten vetyionien (H+) aktiivisuutta liuoksessa. Vesiliuoksen happamuus ilmoitetaan tavallisesti logaritmisella pH-asteikolla, jonka otti käyttöön Søren Peter Lauritz Sørensen vuonna 1909. Lyhenteessä pH kirjaimet: p eli potenz, on saksaa ja tarkoittaa vahvuutta, H tarkoittaa vetyionia (H+). Toisinaan lyhenteen sanotaan tulevan latinan sanoista pondus hydrogenii eli vedyn potentiaali. Happamuus voidaan ilmoittaa niin happamalle kuin emäksisellekin liuokselle.
pH-arvo on yleensä väliltä 0–14, mutta voi erittäin happamilla tai emäksisillä liuoksilla olla jonkin verran näiden rajojen ulkopuolellakin.
- pH < 7 hapan
- pH = 7 neutraali
- pH > 7 emäksinen
- pH-arvo määritellään seuraavasti
missä suure 
on vetyionien aktiivisuus. pH on siis tämän aktiivisuuden kymmenkantaisen logaritmin vastaluku. Kyseessä on siis logartminen asteikko: pH:n kasvu yhdellä yksiköllä tarkoittaa sitä, että vetyionien konsentraatio pienenee kertoimella 101. Tarkkaan ottaen liuoksissa ei kuitenkaan esiinny vapaita vetyioneja vaan ne sitoutuvat vesimolekyyleihin muodostaen oksoniumioneja (H3O+. Näistä kuitenkin vetyioni irtoaa helposti, joten useissa kemiallisissa reaktioissa ja myös pH-laskuissa sitä voidaan käsitellä ikään kuin kyseessä olisi pelkkä vetyioni, protoni.
Vesimolekyylit reagoivat keskenäänkin siten, että puhtaassakin vedessä on jonkin verran oksonium- ja hydroksidi-ioneja (OH-):
H2O + H2O <=> H3O+ + OH-.
Mittaukset ovat osoittaneet, että 22 “C:n lämpötilassa näitä ioneja on kumpiakin noin 10-7 moolia litrassa. Sijoittamalla tämä luku pH:n määritelmään todetaan, että puhtaan veden tai neutraalin liuoksen pH = 7.
Jos veteen liukenee jokin happo, oksoniumioneja tulee lisää, koska hapot reagoivat veden kanssa esimerkiksi seuraavasti:
HCl + H2O => Cl- + H3O+.
Kun kyseessä on vahva happo kuten HCl, lähes kaikki sen molekyylit reagoivat veden kanssa näin. Heikkojen happojen molekyyleistä näin tapahtuu vain pienelle osalle. Kuitenkin kaikkien happojen liuoksissa oksoniumioneja on enemmän kuin puhtaassa vedessä eli niiden aktiivisuus (konsentraatio) on suurempi, jolloin pH:n määritelmän mukaan niiden pH on pienempi kuin 7. Erittäin happamien liuosten, esimerkiksi 2-molaarisen HCl-liuoksen pH voi olla negatiivinenkin.
Emäksisissä liuoksissa sitä vastoin OH- -ioneja on enemmän kuin puhtaassa vedessä. Niille voidaan vastaavaan tapaan määritellä käsite pOH = -log10[OH-]. Kun hapot ja emäkset reagoivat keskenään vesiliuoksessa, liuos asettuu yleensä kemialliseen tasapainoon hyvin nopeasti, ja tällöin massavaikutuksen lain mukaisesti aktiivisuuksien [H3O+] ja [OH-] tulo on vakio 10-14 (ellei kyseessä ole niin väkevä liuos, että vedenkin konsentraatio [H2O] on selvästi pienempi kuin puhtaassa vedessä). Logartmien laskusääntöjen mukaan tästä seuraa, että laimeahkoissa liuoksissa on pOH + pH = 14. Tämän vuoksi pH soveltuu hyvin käytettäväksi myös emäksisille liuoksille, joissa sen arvo on suurempi kuin 7, ja pOH-asteikkoa käytetäänkin vain harvoin.
Todellisuudessa kuitenkin vain laimeissa liuoksissa, jonka kaikki muut aineet kuin veden mukaan lukeva kokonaiskonsentraatio on yhteensä alle 0,1 mol/l, voidaan olettaa että se on sama kuin vetyionien konsentraatio. Väkevämmissä liuoksissa, oli väkevyys hapon ansiota tai ei, aktiivisuus poikkeaa merkittävästi konsentraatiosta, ja pH-arvo on korkeampi kuin suoraan konsentraatiosta laskettuna. pH on siksi hankala mitata erittäin happamissa liuoksissa, koska aktiivisuuskertoimen laskenta vaatii joitain mielivaltaisia oletuksia.[1]
Happamuus mitataan ioniselektiivisellä elektrodilla (pH-mittari) tai erityisillä väriaineilla eli pH-indikaattoreilla, jotka muuttavat väriä pH:n mukaan. Yleisesti käytetty lakmuspaperi sisältää useita indikaattoreita, jolloin saadaan asteikko erilaisia värejä.
Myös ihmisen makuaisti reagoi aineen happamuuteen. Sana hapan tarkoittakin alkujaan happamille aineille tyypillistä perusmakua.
