Sav-bázis reakció, egyfajta kémiai folyamat, amelynek jellemzője egy vagy több hidrogénion, H+, cseréje semleges (molekulák, például víz, H2O; vagy ecetsav, CH3CO2H) vagy elektromosan töltött (ionok, például ammónium, NH4+; hidroxid, OH-; vagy karbonát, CO32-) fajok között. Ide tartoznak a savas, de hidrogénionokat nem adó molekulák és ionok analóg viselkedése is (alumínium-klorid, AlCl3, és az ezüstion AG+).
Martin Walker
Mi a sav és a bázis?
A savak olyan anyagok, amelyek egy vagy több hidrogénatomot tartalmaznak, amelyek oldatban pozitív töltésű hidrogénionokként szabadulnak fel. A sav vízoldatban savanyú ízű, a kék lakmuszpapír színét vörösre változtatja, egyes fémekkel (pl. vas) hidrogén felszabadítása céljából reagál, bázisokkal sók képződését eredményezi, és elősegít bizonyos kémiai reakciókat (savkatalízis). A bázisok olyan anyagok, amelyek keserű ízűek és a vörös lakmuszpapír színét kékre változtatják. A bázisok savakkal reagálva sókat képeznek, és elősegítenek bizonyos kémiai reakciókat (báziskatalízis).
Hogyan mérik a savakat és a bázisokat?
A savak és bázisok relatív erősségüknek megfelelően 0 és 14 közötti értéket, a pH-értéket kapnak. A tiszta víz, amely semleges, pH-értéke 7. A 7-nél kisebb pH-értékű oldatot savasnak, a 7-nél nagyobb pH-értékű oldatot pedig bázikusnak, azaz lúgosnak tekintjük. Az erős savaknak nagyobb a hidrogénion-koncentrációjuk, és a 0-hoz közelebbi értéket kapnak. Ezzel szemben az erős bázisoknak nagyobb a hidroxidion-koncentrációjuk, és a 14-hez közelebbi értéket kapnak. A gyengébb savak és bázisok közelebb vannak a 7-es pH-értékhez, mint erősebb társaik.
Mi történik egy sav-bázis reakció során?
A sav-bázis reakció a kémiai reakciók olyan típusa, amely egy vagy több hidrogénion, H+, cseréjével jár olyan fajok között, amelyek lehetnek semlegesek (molekulák, például víz, H2O) vagy elektromosan töltöttek (ionok, például ammónium, NH4+; hidroxid, OH-; vagy karbonát, CO32-). Ide tartoznak azok a hasonló folyamatok is, amelyek olyan molekulákban és ionokban játszódnak le, amelyek savasak, de nem adnak hidrogénionokat.
Hogyan semlegesítik (vagy kioltják egymást) a savak és a bázisok egymást?
A különböző reakciók különböző eredményeket hoznak. Az erős savak és erős bázisok közötti reakciók teljesebben bomlanak szét hidrogénionokra (protonokra, pozitív töltésű ionokra) és anionokra (negatív töltésű ionokra) a vízben. Egy gyenge sav és egy gyenge bázis esetében a semlegesítés inkább úgy tekinthető, hogy a savból a bázisba történő közvetlen protonátadással jár. Ha az egyik reaktáns nagy feleslegben van jelen, a reakció során só (vagy annak oldata) keletkezhet, amely az egymással reagáló savak és bázisok erősségétől függően savas, bázikus vagy semleges lehet.
A savak olyan kémiai vegyületek, amelyek vízoldatban csípős ízt, a fémekre maró hatást, valamint bizonyos kék növényi színezékek vörössé változtatásának képességét mutatják. A bázisok olyan kémiai vegyületek, amelyek oldatban szappanos tapintásúak és a vörös növényi festékeket kékre színezik. A savak és bázisok keveredve semlegesítik egymást, és sók keletkeznek, olyan anyagok, amelyek sós ízűek, és nem rendelkeznek sem a savak, sem a bázisok jellemző tulajdonságaival.
A gondolat, hogy egyes anyagok savak, míg mások bázisok, majdnem egyidős a kémiával, és a sav, bázis és só kifejezések már a középkori alkimisták írásaiban is előfordulnak. A savakat valószínűleg elsőként ismerték fel ezek közül, nyilvánvalóan savanyú ízük miatt. Az angol acid, a francia acide, a német Säure és az orosz kislota mind savanyú szavakból származik (latin acidus, német sauer, ó-norvég sūur, orosz kisly). A savakkal már korán kapcsolatba hozták az oldó, azaz maró hatásukat, a növényi festékekre gyakorolt hatásukat, valamint a krétához adott pezsgést (szén-dioxid gázbuborékok keletkezése). A bázisokat (vagy lúgokat) elsősorban az jellemezte, hogy képesek semlegesíteni a savakat és sókat képezni, ez utóbbiakat meglehetősen lazán jellemezték, mint vízben oldódó és sós ízű kristályos anyagokat.
Ezek az elképzelések pontatlanságuk ellenére a minőségi megfigyelések jelentős körének korrelálására szolgáltak, és a legáltalánosabb kémiai anyagok közül sok olyan anyag, amellyel a korai kémikusok találkoztak, besorolható volt a savak (sósav, kénsav, salétromsav és szénsav), bázisok (szóda, kálium, mész, ammónia) vagy sók (konyhasó, ammóniumsó, salétrom, salétrom, égetettkő, bórax) közé. Az érintett jelenségek nyilvánvaló fizikai alapjainak hiánya megnehezítette a sav-bázis viselkedés mennyiségi megértését, de az a képesség, hogy egy meghatározott mennyiségű sav képes semlegesíteni egy meghatározott mennyiségű bázist, a kémiai ekvivalencia egyik legkorábbi példája volt: az az elképzelés, hogy egy anyag bizonyos mennyisége kémiai értelemben megegyezik egy másik anyag különböző mennyiségével. Ezenkívül már elég korán kiderült, hogy az egyik sav egy másik savval kiszorítható egy sóból, és ez lehetővé tette a savak közelítő erősségi sorrendbe állítását. Az is hamarosan világossá vált, hogy sok ilyen elmozdulás a kísérleti körülményeknek megfelelően mindkét irányban végbemehet. Ez a jelenség azt sugallta, hogy a sav-bázis reakciók reverzibilisek – vagyis a reakció termékei kölcsönhatásba léphetnek egymással, hogy regenerálják a kiindulási anyagot. Ez vezette be az egyensúly fogalmát is a sav-bázis kémiába: ez a fogalom kimondja, hogy a reverzibilis kémiai reakciók elérnek egy olyan egyensúlyi pontot, vagy egyensúlyi állapotot, ahol a kiindulási anyagok és a termékek a két reakció egyikében ugyanolyan gyorsan regenerálódnak, mint amilyen gyorsan a másikban elfogynak.
A savak és bázisok elméleti érdekességük mellett nagy szerepet játszanak az ipari kémiában és a mindennapi életben. A kénsav és a nátrium-hidroxid a vegyipar által legnagyobb mennyiségben előállított termékek közé tartozik, és a kémiai folyamatok nagy százalékában savak vagy bázisok szerepelnek reakcióelemként vagy katalizátorként. Szinte minden biológiai kémiai folyamat szorosan összefügg a sejtben vagy a szervezet egészében fennálló sav-bázis egyensúlyokkal, és a talaj és a víz savassága vagy lúgossága nagy jelentőséggel bír a bennük élő növények vagy állatok számára. A sav-bázis kémia eszméi és terminológiája egyaránt áthatotta a mindennapi életet, és a só kifejezés különösen elterjedt.