Happo-emäsreaktio

Kohteesta Wikipedia
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
Svante Arrhenius oli ensimmäinen, joka loi ensimmäisen modernin teorian happo-emäsreaktioille.

Happo-emäsreaktio eli protolyysi on kemiallinen reaktio, joka tapahtuu hapon ja emäksen välillä. Yleensä sillä tarkoitetaan reaktiota, jossa happo luovuttaa vetyionin eli protonin ja emäs vastaanottaa sen.

Esimerkiksi suolahappo protolysoituu vesiliuoksessa seuraavasti luovuttaen vesimolekyylille protonin, jolloin syntyy positiivinen oksoniumioni ja negatiivinen kloridi-ioni:

HCl (l) + H2O (l) H3O+ (aq)+ Cl- (aq)

Reaktioyhtälön vasemmalla puolella happona toimii HCl ja emäksenä vesi. Reaktioyhtälön oikealla puolella taas oksoniumioni on happo ja kloridi-ioni emäs (vetykloridin konjugaattiemäs).

Kaikki hapot eivät protolysoidu yhtä helposti. Heikot ja vahvat hapot erotetaankin sen perusteella, kuinka helposti ne luovuttavat protonin emäkselle. Ainoa täydellisesti protolysoituva happo on perkloorihappo (HClO4). Käytännössä vahvojen happojen, kuten suolahapon (HCl) ja typpihapon (HNO3), katsotaan kuitenkin protolysoituvan vesiliuoksissaan täydellisesti.

Hapoille ja emäksille on olemassa useita määritelmiä, jotka täydentävät toisiaan. Keskeisin näistä on Brønstedin (Brønsted–Lowry) teoria, vanhin Arrheniuksen teoria ja niitä laajentaa Lewisin teoria.

  • Arrheniuksen teorian mukaan emäs on aine, joka muodostaa vesiliuoksessa hydroksidi-ioneja OH. Vastakohtana happo taas muodostaa vesiliuoksessa oksoniumioneja H3O+.[1] Arrheniuksen teorian mukaan emäksiä ovat varsinkin alkalimetallien ja maa-alkalimetallien vesiliukoiset hydroksidit kuten natriumhydroksidi (NaOH).
  • Brønsted–Lowryn happo-emästeorian mukaan emäs on aine, joka vastaanottaa vetyionin H+ eli protonin. Emäksellä on vapaa elektronipari sitomaan protonin.[2]
    • Brønsted–Lowryn teoriassa ei metallihydroksideja, kuten NaOH, sellaisenaan pidetä emäksenä, vaan ainoastaan niissä oleva hydroksidi-ioni (OH) on emäs.[1]
    • Brønsted–Lowryn teoriaa voidaan soveltaa muihinkin kuin veden liuoksiin, jolloin syntyy ioneja ja näistä edelleen ioniyhdisteitä eli suoloja.
    • Brønsted–Lowryn reaktio on protoninsiirtoreaktio, joka päättyy tasapainoon. Tasapainoaseman sijainti kuvaa hapon ja emäksen vahvuutta.
    • Brønsted-Lowry happo-emäsreaktio
      Kun emäs (B:) vastaanottaa protonin, syntyy sitä vastaava konjugaattihappo (BH) ja alkuperäisestä haposta (HA) jää jäljelle konjugaattiemäs (A:-).
    • Esimerkiksi hydroksidi-ionia (OH) vastaava konjugoitunut happo on vesi (H2O), kun taas ammoniakkia (NH3) vastaava konjugoitunut happo on ammoniumioni (NH4+).
  • Reaktio, joka kuvaa Lewisin teorian määritelmää haposta (A+) ja emäksestä (B:-).
    BF3 on Lewisin happo, joka voi ottaa vastaan elektroniparin Lewisin emäkseltä, tässä dimetyylieetteriltä.
    Lewisin happo-emäs-teoria määrittelee happo ja emäs -käsitteet Brønsted–Lowryn teoriaa laajemmin. Lewisin emäs (B:-) on yhdiste, joka voi luovuttaa elektroniparin[3]. Vastakohtana Lewisin happo (A+) on yhdiste, joka kykenee vastaanottamaan elektroniparin. Esim. vetykloridin protoni (H+) on Lewisin happo, koska se vastaanottaa elektroniparin tyhjälle 1s orbitaalille reagoidessaan emäksen (esim. veden) kanssa. Yleensä termiä Lewis-emäs käytetään vain niistä Lewisin teorian mukaisista emäksistä, jotka eivät ole Brønsted-emäksiä, kuten eettereistä. Molekyyliä tai ionia, joka luovuttaa vapaan elektroniparin uuden kovalenttisen sidoksen muodostamiseksi, kutsutaan nukleofiiliksi. Nukleofiili on siis sama kuin Lewisin emäs. Vastaavasti molekyyli tai ionia, joka vastaanottaa elektroniparin uuden kovalenttisen sidoksen muodostamiseksi, kutsutaan elektrofiiliksi. Elektrofiili on siis sama kuin Lewisin happo.[4] Lewisin määritelmässä mitä tahansa atomia, jolla on positiivinen varaus, osittainen positiivinen varaus tai vajaa valenssikuori, pidetään Lewisin happona. Siten esimerkiksi metalli-ionit, kuten Zn2+, Ca2+ ja Mg2+, ovat Lewisin happoja. Myös polaarisissa sidoksissa olevat atomit voivat olla Lewisin happoja tai emäksiä. Esimerkiksi karbonyyliryhmässä (C=O) oleva hiili on Lewisin happo. Myös kolmannen ryhmän alkuaineet yhdisteissä, joissa on vajaa oktetti, esimerkiksi booritrifluoridin (BF3) booriatomi, on Lewisin happo. Booritrifluoridi voi ottaa vastaan elektroniparin, jolloin reaktiossa syntyy koordinaatiosidos (kovalenttisen sidoksen erikoismuoto), jossa sidoksen muodostava elektronipari on peräisin Lewisin emäkseltä esimerkiksi eetterin hapelta.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Protoninsiirtoreaktio. jossa vesi on Lewisin emäs ja protoni (H+) Lewisin happo

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b Hapot ja emäkset Opetushallitus. Viitattu 1.7.2013.
  2. Brønsted base IUPAC GolBook. Viitattu 1.7.2013. (englanniksi)
  3. Lewis base IUPAC GolBook. Viitattu 1.7.2013. (englanniksi)
  4. Electrophiles and Nucleophiles chem.ucla.edu.
Tämä kemiaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.