Happamuus

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Tavallisia pH-arvoja
Aine pH
Akkuhappo
<1,0
Mahahappo
2,0
Sitruunamehu
2,4
Kolajuoma
2,5
Etikka
2,9
Appelsiini- ja omenamehu
3,5
Olut
4,5
Kahvi
5,0
Tee
5,5
Happosade
< 5,6
Maito
6,5
Tislattu vesi
7,0
Ihmisen sylki
6,5–7,4
Veri
7,34 - 7,45
Merivesi
8,0
Käsisaippua
9,0–10,0
Ammoniakki
11,5
Pyykinpesuaine
12,5
Lipeä (NaOH)
13,5

Happamuus kuvaa positiivisten vetyionien (H+) (protonien) aktiivisuutta liuoksessa. Vesiliuoksen happamuus ilmoitetaan tavallisesti logaritmisella pH-asteikolla, jonka otti käyttöön Søren Peter Lauritz Sørensen vuonna 1909. Lyhenteessä pH[1] kirjain p eli potenz on saksaa ja tarkoittaa vahvuutta, ja H tarkoittaa vetyionia (H+). Toisinaan lyhenteen sanotaan tulevan latinan sanoista pondus hydrogenii[1] eli vedyn potentiaali. Happamuus voidaan ilmoittaa niin happamalle kuin emäksisellekin liuokselle.

pH-arvo määritellään seuraavasti
\mbox{pH} = -\log_{10} a_{ \rm H^+ }

missä suure a_{ \rm H^+ } on vetyionien aktiivisuus. pH on siis tämän aktiivisuuden kymmenkantaisen logaritmin vastaluku. Kyseessä on siis logaritminen asteikko: pH:n kasvu yhdellä yksiköllä tarkoittaa sitä, että vetyionien aktiivisuus (tehollinen konsentraatio) pienenee kertoimella 10. Tarkkaan ottaen vesiliuoksissa 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.

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

Vesimolekyylit reagoivat keskenään siten, että puhtaassakin vedessä on jonkin verran oksonium- ja hydroksidi-ioneja (OH-):

H2O + H2O \rightleftharpoons H3O+ + OH.

Mittaukset ovat osoittaneet, että puhtaan veden pH 25 °C:ssä on 6,998 ± 0,001, mikä on lähes 7. Niinpä pH 7 on määritelty "neutraaliksi". Veden pH laskee lämpötilan noustessa, koska veden aktiivisuus muuttuu.

Jos veteen liukenee jokin happo, oksoniumionien konsentraatio kasvaa, 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 liuoksissa näin tapahtuu vain pienelle osalle molekyyleistä. 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). Logaritmien 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.[2]

Happamuus mitataan ioniselektiivisellä elektrodilla (pH-mittari) tai erityisillä väriaineilla eli pH-indikaattoreilla, jotka muuttavat väriä pH:n mukaan. Yleisesti käytetty lakmus-paperi sisältää useita indikaattoreita, jolloin saadaan asteikko erilaisia värejä.

Myös ihmisen makuaisti reagoi aineen happamuuteen. Sana "hapan" tarkoittakin alkujaan happamille aineille tyypillistä perusmakua.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b Lyhenneluettelo 25.04.2013. Kotimaisten kielten keskus. Viitattu 23.6.2013.
  2. http://www.pnas.org/cgi/content/full/96/7/3455

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]