pH, savak, bázisok, indikátorok Kémhatás pH, savak, bázisok, indikátorok

Mi is a bázis? Bázisnak, lúgnak vagy aljnak nevezzük a hétköznapi életben azokat a vegyületeket, melyek vízben oldódva hidroxidiont szabadítanak fel, ezáltal a vizes oldat kémhatását 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).

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)

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)

Savak Hétköznapi értelemben azokat a vegyületeket nevezzük savnak, melyek a vízmolekuláknak protont adnak át, ezáltal a vizes oldat kémhatását savasabbá teszik, a pH-t csökkentik. A kémiában Brønsted-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.

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.

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

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

pH Az oldat kémhatását megmutató érték

Víz autóprotolízise A víz autoprotolízise 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

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

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

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.

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

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.