Skilgreining á sýrum og bösum.
Til eru tvær leiðir til að skilgreina sýru og basa. Annars vegar Brönsted skilgreiningin og hins vegar Lewis skilgreiningin. Á þessu stigi er nóg að notast við Brönsted skilgreininguna en hún segir að efnasamband sem getur tekið við róteind (vetnisjón) er basi en efnasamband sem getur gefið frá sér róteind er sýra.
Til að átta sig á hvort að efnasamband sé sýra má nýta ákveðna þumalputtareglu sem er “ef formúla efnasambandsins byrjar á H- eða endar á -COOH þá er efnasambandið sýra”. Einhverjir munu nú velta fyrir sér hvort vatn sé þá sýra en svarið við því er að vatn getur hagað sér bæði eins og sýra og basi. Einnig er rétt að ítreka að þessi regla er ekki algild.
Tvíeðli vatns og sjálfsjónun
Vatn er sérstakt efnasamband að því leyti að það getur virkað bæði sem sýra og basi. Hagi vatn sér eins og sýra þá gefur vatnssameind frá sér róteind og myndar hýdroxýð jónina. Hagi vatn sér eins og basi þá tekur vatnsameind við róteind og myndar hýdróníum jónina.
Auk þessa þá getur vatn hvarfast við sjálft sig og myndað hýdróníum jón og hýdroxíðjón.
Af þessu má leiða að tengls eru á milli styrks vetnisjóna og hýdroxíðjóna í vatnslausnum. En margfeldi af styrk þeirra er alltaf sama talan sem er kölluð vatnsfastinn.
Þessi fasti er þó háður hitastigi en almennt er gert ráð fyrir 25°C þegar vatnsfastinn og aðrir sýrufastar eru gefnir í töflum.
Rammar og daufar sýrur / basar
Sýrum og bösum má skipta í tvo flokka eftir því hve vel þær klofna í vatnslausnum. Klofni sýran eða basinn 100% í vatnslausn þá erum við með ramma sýru t.d. HCl og ramman basa t.d. NaOH. Séu sýrur daufar þá klofna þær ekki að fullu heldur mynda þær ákveðið jafnvægi við vatnslausnina. Í þessum hluta munum við einungis skoða rammarsýrur og basa en fjallað verður nánar um daufar sýrur og jafnvægi þeirra í hlutanum um jafnvægi sýru og basa.
Einróteinda og fjölróteindasýrur.
Sýrum má einnig flokka eftir því hvort þær geti einungis losað eina róteind eða fleirri. Einróteindasýrur eru sýrur eins og HCl og HCN, en fjölróteindasýrur eru t.d. H2SO4 og H3PO4.
Seinni sýrurnar hafa þann eiginleika að geta losað fleirri en eina róteind. T.d. klofnar brennisteinssýra í vatni í tveim skrefum sem sést hér til hliðar.
Fjölróteindasýrir eru hinsvegar ávallt daufar sýrur og verður fjallað nánar um þær í hlutanum um jafnvægi sýru og basa.
pH gildi lausna
pH gildi er mælikvarði á hve mikið magn af vetnisjónum er til staðar í lausn, sem aftur segir okkur til um það hve súr eða basísk lausnin er. Jöfnur fyrir tengls pH gildis of styrk vetnisjónarinnar eru eftirfarandi:
En samkvæmt henni má sjá að því lægra sem pH gildið er þeim mun súrari er lausnin. Til að finna hver styrkur vetnisjónar er í lausn má nota sömu aðferð og sýnd er í “Lausnir: Leysni jónaefna í raflausnum“.
Almennt er talað um að pH skalin sé frá 1 til 14 en raunin er sú að pH skalinn hefur engin mörk. Praktískt nær hann þó frá ca -0.6 til 15 en þessar tölur tákna styrki á fullmettuðum sýru- og basalausnum. Í dagsdaglegu lífi er hinsvegar ólíklegt að rekast á lausnir sem eru utan við 2 til 13 á pH skalanum.
Þegar pH gildið er 7 við 25°C er lausnin hlutlaus, þ.e hvorki súr né basísk. Sé pH undir 7 er lausnin súr en yfir 7 þá er hún basísk.
Út frá jöfnunni fyrir vatnsfastann má svo leiða jöfnur sem lýsa tenglum á milli pH og pOH en pOH er sambærilegt fyrirbæri og pH en í stað þess að vera mælikvarði á styrk vetnisjónarinnar er pOH mælikvarði á styrk hýdroxýðjónarinnar.
Út frá ofangreindum jöfnum má leiða út aðrar jöfnur sem gera okkur kleyft að finna styrk vetnis og hýdroxíðjóna ef að pH gildið er þekkt, en þær eru:
Sýnidæmi 1
Þannig má sjá að með því að mæla pH gildi lausna er hægt að reikna út styrk vetnisjóna og hýdroxíðjóna.
Hlutleysing
Hlutleysing er þegar sýra hvarfast við basa og myndar salt og vatn. Dæmi um slíkt er hlutleysing saltsýru með vítissóda en efnajafrnan hér að neðan sýnir það.
Samkvæmt efnajöfnunni má sjá að eitt mól af saltsýru hvarfast við eitt mól af vítissóda og við hvarfið myndast eitt mól af vatni og eitt mól af salti. Séu þessum efnum hinsvegar blandað saman í mismunandi hlutföllum mun annað efnið sitja eftir. Það sem stýrir hvarfinu er þá það efni sem minna er af.
Vitandi þetta er auðvelt að finna pH gildi lausna sem er blanda af súrri og basískri lausn. Við þurfum einfaldlega að finna það hvarfefni sem minna er af. Draga það frá hinu hvarfefninu, átta sig á hvort að afgangurinn sé sýra eða basi og nýta svo fyrri jöfnur til að finna pH gildið.
Sýnidæmi 2
