Happihappo

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Happihapot eli oksohapot[1] ovat happoja, joiden mole­kyylissä on ainakin yksi happiatomi. Niissä on jonkin muun alkuaineen atomi keskus­atomina, johon on kiinnittynyt yksi tai useampi OH-ryhmä, toisin sanoen hapon vetyatomi on liittynyt keskus­atomiin happi­atomin välityksellä.[1]

Ominaisuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Epäorgaanisten happi­happojen kemialliset kaavat ovat muotoa HmXOn, jossa X on keskus­atomina toimivan alku­aineen kemiallinen merkki ja para­metrien m ja n arvot riippuvat sen hapetusasteesta. Alkuaine X on yleensä epämetalli, mutta myös muutamat metallit, kuten kromi ja mangaani, muodostavat korkeimmilla hapetus­asteillaan happi­happoja.[1]

Yksin­kertaistetussa muodossa voidaan happi­hapon rakenne esittää muodossa M-O-H, jossa keskus­atomiin M voi kuitenkin OH-ryhmän lisäksi olla liittyneinä muitakin atomeja tai atomi­ryhmiä. Tällainen molekyyli voi liuoksessa jakautua ioneiksi kahdella tavalla:

  • M-O-H <=> (M-O)- + H+
  • M-O-H <=> (M+ + OH-[1]

Jos keskusatomi M on voimakkaasti elektro­negatiivinen, se vetää voimakkaasti puoleensa happi­atomin elektroneja. Tällöin happi- ja vetyatomin välinen sidos on heikko ja yhdiste ionisoituu herkästi edellä ensimmäisenä esitetyn reaktioyhtälön mukaisesti. Yhdiste MOH on tässä tapauksessa siis happo, koska se luovuttaa protonin eli vety­ionin. Esimerkiksi typpi, rikki ja kloori ovat vahvasti elektro­negatiivisia alku­aineita, ja sen vuoksi typpihappo, rikkihappo ja perkloorihappo ovatkin vahvoja happoja.

Jos kuitenkin M:n elektro­negatiivisuus on pieni, yhdiste jakautuu ioneiksi jälkimmäisenä esitetyn reaktio­yhtälön mukaisesti, ja MOH on emäksinen hydroksidi. Tällaisia ovat esimerkiksi natriumhydroksidi NaOH ja kalsiumhydroksidi Ca(OH)2.[1] Jos M:n elektro­negatiivisuus on sillä välillä, yhdiste saattaa myös olla amfo­teerinen, jolloin se voi ionisoitua edellisellä tavalla emäksen, jälkimmäisellä tavalla hapon läsnäollessa.[1]

Kuumennettaessa monista happi­hapoista lohkeaa vettä, jolloin syntyy hapon anhydridi. Tällaiset anhydridit ovat yleensä epä­metallien oksideja, esimerkiksi hiilidioksidi CO2 on hiili­hapon H2CO3 ja rikkitrioksidi SO3 rikki­hapon H2SO4 anhydridi. Veden kanssa nämä anhydridit reagoivat muodostaen happi­happoja.[2]

Happihappoja ovat myös orgaaniset hapot, kuten karboksyyli­hapot ja fenolit.[1] Niiden molekyylirakenne on kuitenkin selvästi moni­mutkaisempi kuin epäorgaanisten happi­happojen.

Suurin osa hapoista kuuluu happi­happoihin.[1] Lavoisier otaksuikin 1700-luvulla, että happea on kaikissa hapoissa ja että se on syynä niiden happamuuteen. Tästä syystä hän antoikin kyseiselle alku­aineelle nimen oxygenium, joka johtuu hapon muodostajaa tarkoittavista kreikan­kielisistä sanoista,[3] ja samaan asiaan viittaa myös hapen suomen­kielinen nimi. Myöhemmin Humphry Davy kuitenkin osoitti, että esimerkiksi suolahappo ei sisällä happea[4], vaan se on vetykloridin (HCl) vesi­liuos. Tällaisia happoja, jotka eivät sisällä happea, nimitetään vetyhapoiksi.[1]

Epäorgaanisten happihappojen nimet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Monille epäorgaanisille happi­hapoille käytetään vanhastaan nimiä, jotka päättyvät sanaan happo ja joissa lisäksi esiintyy sen alku­aineen nimi, jota hapossa on vedyn ja hapen lisäksi. Sellaisia ovat esimerkiksi rikkihappo, typpihappo ja fosforihappo.

Tämä käytäntö on täysin vakiintunut, ja myös IUPAC on sen hyväksynyt, mutta kemian nykyisen nimistön kannalta se on varsin poikkeuksellinen, koska muiden yhdisteiden systemaattiset nimet muodostetaan ainoastaan niiden koostumuksen ja molekyylirakenteen, ei muiden ominaisuuksien (kuten happo­luonteen) perusteella.[5]

IUPAC ei kuitenkaan enää suosittele tulevaisuudessa löydettäville uusille yhdisteille happo-loppuisten nimien käyttöön­ottoa.[5] Hapoille voidaankin käyttää myös nimiä, jotka muodostetaan liittämällä vastaavan anionin nimen eteen sana vety, esimerkiksi rikki­happoa voitaisiin nimittää vety­sulfaatiksi.[6] Täysin systemaattinen, IUPAC:in yleisten nimistö­sääntöjen mukainen nimi rikkihapolle olisi kuitenkin dihydroxido­dioxido­sulfur ja sulfaatti-ionille tetra­oxido­sulfate(2-)[7], mutta tällaisia nimiä ei juuri käytetä.

Sama alkuaine voi kuitenkin muodostaa vedyn ja hapen kanssa useitakin happoja. Tällöin hapon suomen­kielisessä nimessä käytetään happo-sanan sijasta sana hapoke sillä hapolla, jonka molekyylissä on yksi happi­atomi vähemmän kuin varsinaisella hapolla ja joka useimmiten on samalla heikompi happo. Niinpä esimerkiksi rikki­happo on H2SO4 ja rikki­hapoke H2SO3, samoin vastaavasti typpi­happo HNO3 ja typpi­hapoke HNO2. Muissa kielissä nimet muodostetaan eri tavoin. Esimerkiksi englannin kielessä nämä erotetaan toisistaan käyttämällä alkuaineen nimessä johdinta -ic tai ous; niinpä rikki­happo on sulfuric acid ja rikki­hapoke sulfurous acid. Jos happoja, jotka eroavat toisistaan happi­atomien lukumäärän perusteella, on enemmänkin, nimen alkuun lisätään eräissä tapauksissa vielä etuliite per- tai hypo-. Etuliitettä per- käytetään kuitenkin vain ryhmän 7 alkuaineiden ja halogeenien muodostamien happojen nimissä.[6] Esimerkiksi kloorin muodostamat happi­hapot ovat seuraavat:

Niiden anionien ja niiden muodostamien suolojen nimissä, jotka saadaan poistamalla haposta vety­ionit, vastaa pääte -iitti sitä happoa, jonka nimessä on sana hapoke, ja -aatti sitä happoa, jonka nimessä on sana happo. Niinpä esimerkiksi sulfiitti-ioni on SO32- ja sulfaatti-ioni SO42-. Etuliitteitä hypo- ja per- käytetään myös anionien ja suolojen nimissä, esimerkiksi perkloraatti-ioni on ClO4-.[6]

Muutamissa tapauksissa käytetään happi­happojen ja myös niistä johtuvien anionien nimissä etu­liitteitä orto- ja para-, jolloin etuliite para merkitsee happoa, jonka voidaan ajatella muodostavan poistettaessa vastaavasta orto-haposta vettä. Esimerkiksi fosforihappoa H3PO4 on toisinaan nimitetty myös orto­fosfori­hapoksi erotukseksi meta­fosfori­haposta HPO3.[6] IUPAC:in nykyisten ohjeiden mukaan etuliitettä orto- tulisi kuitenkin enää käyttää ainoastaan orto­telluuri­hapon ja orto­per­jodi­hapon nimissä.[8]

Happihappoja[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Alkuaineryhmä Alkuaine (keskusatomi) Hapon kaava Hapon nimi[6][7]</ref> Vastaavan anionin kaava Anionin nimi
6 Kromi H2CrO4 Kromihappo CrO42- Kromaatti
H2Cr2O7 Dikromihappo Cr2O72- Dikromaatti
7 Mangaani HMnO4 Permangaanihappo MnO4 Permanganaatti
HMnO3 Mangaanihappo MnO3 Manganaatti
Teknetium HTcO4 Perteknetiumhappo TcO4 Perteknetaatti
HTcO3 Mangaanihappo TcO3 Teknetaatti
Renium HReO4 Permangaanihappo ReO4 Perrenaatti
HReO3 Mangaanihappo ReO3 Renaatti
13 Boori H3BO3 Boorihappo
(aik. ortoboorihappo)[8]
BO33- Boraatti
(aik. ortoboraatti)
(HBO2)n Metaboorihappo BO2- Metaboraatti
14 Hiili H2CO3 Hiilihappo CO32- Karbonaatti
Pii H4SiO4 Piihappo
(aik. ortopiihappo)[8]
SiO44- Silikaatti (aik. ortosilikaatti)
H2SiO3 Metapiihappo SiO32- Metasilikaatti
14, 15 Hiili, typpi HOCN Syaanihappo OCN- Syanaatti
HNCO Isosyaanihappo NCO- Isosyanaatti
HONC Räjähdyshappo
(fulmiinihappo)
ONC- Fulminaatti
15 Typpi HNO3 Typpihappo NO3- Nitraatti
HNO2 Typpihapoke NO2- Nitriitti
HNO4 Peroksotyppihappo NO4- Peroksonitraatti
HOONO Peroksotyppihapoke OONO- Peroksonitriitti
H2NO2 Nitroksyylihappo NO22- Nitroksylaatti
H2N2O2 Hypotyppihapoke N2O22- Hyponitriitti
Fosfori H3PO4 Fosforihappo
(aik. myös ortofosforihappo)[8]
PO43- Fosfaatti
(ortofosfaatti)
HPO3 Metafosforihappo PO3- Metafosfaatti
H4P2O7 Difosforihappo
(pyrofosforihappo)
P2O74- Difosfaatti
(pyrofosfaatti)
H3PO5 Peroksomonofosforihappo PO33- Peroksomonofosfaatti
(HO)2OP-PO(OH)2 Hypofosforihappo
(difosfori(IV)happo)
O2OP-POO22- Hypofosfaatti
(difosfaatti(IV))
(HO)2P-O-PO(OH)2 Difosfori(III,V)happo O2-P-O-POO22- Difosfaatti(III,V)
H2PHO3 Fosfonihappo PHO33- Fosfonaatti
H2P2H2O5 Difosfonihappo P2H2O35- Difosfonaatti
HPH2O2 Fosfiinihappo PH2O2- Fosfinaatti
Arseeni H3AsO4 Arseenihappo AsO43- Arsenaatti
H3AsO3 Arseenihappo AsO33- Arsenaatti
16 Rikki H2SO4 Rikkihappo SO42- Sulfaatti
H2SO3 Rikkihapoke SO32- Sulfiitti
H2S2O7 Dirikkihappo S2O72- Disulfaatti
H2SO5 Peroksomonorikkihappo SO52- Peroksomonosulfaatti
H2S2O8 Peroksodirikkihappo S2O72- Peroksodisulfaatti
H2S2O3 Tiorikkihappo S2O32- Tiosulfaatti
H2S2O6 Ditionihappo S2O62- Ditionaatti
H2S2O5 Dirikkihapoke S2O52- Disulfiitti
H2S2O2 Tiorikkihapoke S2O22- Tiosulfiitti
H2S2O4 Ditionihapoke S2O42- Ditioniitti
H2SO2 Sulfoksyylihappo SO22- Sulfoksylaatti
H2SxO5 Polytionihapot
(x = 3, 4...)
SxO52- Polytionaatit
Seleeni H2SeO4 Seleenihappo SeO42- Selenaatti
H2SeO3 Seleenihapoke SeO32- Seleniitti
Telluuri H2TeO4 Telluurihappo TeO42- Telluraatti
H6TeO6 Ortotelluurihappo TeO66- Ortotelluraatti
H2TeO3 Telluurihapoke TeO32- Telluriitti
17 Kloori HClO4 Perkloorihappo ClO4- Perkloraatti
HClO3 Kloorihappo ClO3- Kloraatti
HClO2 Kloorihapoke ClO2- Kloriitti
HClO Hypokloorihapoke ClO- Hypokloriitti
Bromi HBrO4 Perbromihappo BrO4- Perbromaatti
HBrO3 Bromihappo BrO3- Bromaatti
HBrO2 Bromihapoke BrO2- Bromiitti
HBrO Hypobromihapoke BrO- Hypobromiitti
Jodi HBrO4 Perjodihappo IO4- Perjodaatti
H5IO6 Ortoperjodihappo IO35- Ortoperjodaatti
HIO3 Jodihappo IO3- Jodaatti
HIO Hypojodihapoke IO- Hypojodiitti

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Antti Kivinen, Osmo Mäkitie: Kemia. Otava, 1988. 951-1-10136-6.
  • Nomenclature of Inorganic Compounds, IUPAC Recommendations 2005 (Red Book 2005). International Union of Pure and Applied Chemistry, 2005. ISBN 0-85404-438-8. Teoksen verkkoversio.
  • Otavan suuri ensyklopedia, 2. osa (Cid-Harvey). Otava, 1977. ISBN 951-1-01470-3.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d e f g h i Kivinen, Mäkitie: Kemia, s. 203, luku Happihapot
  2. ”Hapot”, Otavan iso Fokus, 2. osa (El-Io), s. 990. Otava, 1973. 951-1-00272-4.
  3. Otavan suuri Ensyklopedia, s. 1606, art. Happi
  4. Otavan suuri Ensyklopedia, s. 1605, art. Hapot ja emäkset
  5. a b Red Book 2005, s. 124, luku IR-8: Inorganic Acids and Derivatives
  6. a b c d e Kivinen, Mäkitie: Kemia, s. 459-461, luku Kemian nimistö: Hapot
  7. a b Red Book 2005, s. 129-132, taulukko IR-8-1 (englanninkieliset nimet)
  8. a b c d Red Book 2005, s. 132, huomautus a