Happo

Wikipedia

Kemiassa happo on aine, joka tuottaa positiivisia vetyioneja tai yleensä aine, joka vastaanottaa elektroniparin. Aine on hapan, jos oksonium-ionin H₃O⁺ konsentraatio suurempi kuin hydroksidi-ionien.

Hapon määritelmiä on useita, koska happo-emäsparin määrittelyä on laajennettu sen mukaan kun kemian tietous on lisääntynyt.

Yksinkertaisin happo-emästeoria on Arrheniuksen teoria. Teorian mukaan happo on aine, joka tuottaa vesiliuokseen vetyioneja H⁺ ja emäs on aine, joka tuottaa vesiliuokseen OH^--ioneja.
Nykyisin yleisesti käytetyn Brønsted-Lowryn teorian mukaan happo on kemiassa yhdiste, joka pystyy luovuttamaan protonin eli vetyionin, ja emäs on vastaavasti yhdiste, joka pystyy vastaanottamaan vetyionin. Vesiliuoksessa hapon luovuttama protoni sitoutuu vesimolekyylin muodostaen oksonium-ionin H₃O⁺ ja emäs taas vastaanottaa vesimolekyyliltä protonin, jolloin liuokseen muodostuu hydroksidi-ioni OH^-. Oksoniumioni tekee liuoksen happamaksi ja hydroksidi-ioni emäksiseksi.
- Brønsted-Lowry teoriaa voidaan soveltaa muutenkin kuin vesiliuoksiin, jolloin syntyy ioneja ja näistä edelleen ioniyhdisteitä eli suoloja.
Lewisin teoria määrittelee happo ja emäs -käsitteen Brønsted-Lowry teoriaa laajemmin. Lewis-happo on yhdiste, joka pystyy vastaanottamaan elektroniparin (eli sillä on vajaasti miehitetty valenssiorbitaali) ja Lewis-emäs on aine, joka voi luovuttaa elektroniparin.
- Lewisin teorian mukaan em. hapot eivät sinänsä ole happoja vaan Lewis-haponkantajia, varsinainen Lewis-happo on niistä irtoava H⁺-ioni.
- Lewis happo-emäspari muodostaa elektroniparilla uuden kovalenttisen sidoksen.
- Lewis-hapot eivät ole aina Brønsted-happoja — termiä Lewis-happo käytetään yleensä vain näistä hapoista. Esimerkiksi piidioksidilla on Lewis-happamuus, jota voidaan hyödyntää katalyysiin, vaikka piidioksidi on veteen liukenematon eikä sisällä tai vapauta vetyioneja.

Hapot voidaan jakaa dissosoituneen hapon osuuden mukaan heikoiksi ja vahvoiksi hapoiksi. Vahvat hapot hajoavat (protolysoituvat) lähes kokonaan, heikot vain osittain, ja määritelmä ei riipu liuoksen väkevyydestä. Jos happovakio on suurempi kuin 1 niin kyseessä on vahva happo, muulloin heikko happo. Lisäksi rikkihappoa vahvempia happoja kutsutaan superhapoiksi.

Yksiarvoiset hapot reagoivat kerran per molekyyli, esim. suolahappo HCl hajoaa vain ioneiksi H⁺ ja Cl^–. Moniarvoisten happojen vesiliuoksissa tapahtuu useampia eri protolyysireaktioita. Moniarvoisia happoja ovat esimerkiksi rikkihappo H₂SO₄ ja fosforihappo H₃PO₄, koska niiden molekyyleissä on useita vetyatomeja, jotka voivat irrota protoneina. Rikkihappo luovuttaa aluksi yhden protonin, jolloin syntyy vetysulfaatti-ioni, joka edellen pystyy luovuttamaan protonin. Rikkihapon vesiliuoksessa tapahtuu siten kaksi eri protolyysireaktiota. Fosforihapossa on kolme vetyatomia, joten sen vesiliuoksessa tapahtuu kolme eri protolyysireaktiota. Moniarvoisten happojen eri konjugaattiemäksillä on eri emäksisyys; esimerkiksi rikkihapon ensimmäinen konjugaattiemäs vetysulfaatti HSO₄^– on hyvin heikko, mutta toisen deprotonoinnin tulos sulfaatti SO₄^2– taas on selvästi emäksinen. Tämä havaitaan esimerkiksi siten, että sulfaattisuolat ovat emäksisiä.

Vesi H₂O voi Brønstedin teorian mukaan toimia sekä happona että emäksenä eli se on amfiproottinen (aik. amfoteerinen) aine eli amfolyytti. Myös moniarvoisten happojen ionit voivat toimia amfolyytteinä, esimerkiksi vetysulfaatti-ioni HSO₄^– pystyy sekä luovuttamaan että vastaanottamaan protonin. Monet hapot ovat voimakkaita hapettimia ja väkevät hapot syövyttävät orgaanista ainetta sekä metalleja. Happojen vesiliuokset maistuvat happamilta.

[muokkaa] Esimerkkejä hapoista

Esimerkkejä Arrhenius-hapoista ovat typpihappo, rikkihappo, vetykloridihappo eli suolahappo ja etikkahappo. Nämä yhdisteet ovat happoja sekä Arrheniuksen että Brønsted-Lowryn teorian mukaan. Paljon käytettyjä Lewis-happoja ovat sinkkikloridi ja alumiinikloridi.