Syra-basreaktion, en typ av kemisk process som kännetecknas av utbytet av en eller flera vätejoner, H+, mellan arter som kan vara neutrala (molekyler, t.ex. vatten, H2O, eller ättiksyra, CH3CO2H) eller elektriskt laddade (joner, t.ex. ammonium, NH4+, hydroxid, OH-, eller karbonat, CO32-). Det omfattar också analogt beteende hos molekyler och joner som är sura men som inte avger vätejoner (aluminiumklorid, AlCl3, och silverjonen AG+).
Martin Walker
Vad är syror och baser?
Syror är ämnen som innehåller en eller flera väteatomer som i lösning frigörs som positivt laddade vätejoner. En syra i en vattenlösning smakar surt, ändrar färgen på blått lackmuspapper till rött, reagerar med vissa metaller (t.ex. järn) för att frigöra väte, reagerar med baser för att bilda salter och främjar vissa kemiska reaktioner (syrakatalys). Baser är ämnen som smakar bittert och ändrar färgen på rött lackmuspapper till blått. Baser reagerar med syror för att bilda salter och främjar vissa kemiska reaktioner (baskatalys).
Hur mäts syror och baser?
Syror och baser tilldelas ett värde mellan 0 och 14, pH-värdet, beroende på deras relativa styrka. Rent vatten, som är neutralt, har ett pH-värde på 7. En lösning med ett pH-värde under 7 anses vara sur, och en lösning med ett pH-värde över 7 anses vara basisk, eller alkalisk. Starka syror har en högre koncentration av vätejoner och tilldelas värden närmare 0. Omvänt har starka baser högre koncentrationer av hydroxidjoner och tilldelas värden närmare 14. Svagare syror och baser ligger närmare pH-värdet 7 än deras starkare motsvarigheter.
Vad händer under en syra-basreaktion?
En syra-basreaktion är en typ av kemisk reaktion som innebär utbyte av en eller flera vätejoner, H+, mellan arter som kan vara neutrala (molekyler, t.ex. vatten, H2O) eller elektriskt laddade (joner, t.ex. ammonium, NH4+; hydroxid, OH-; eller karbonat, CO32-). Det omfattar också liknande processer som sker i molekyler och joner som är sura men som inte avger vätejoner.
Hur neutraliserar syror och baser varandra (eller upphäver varandra)?
Olika reaktioner ger olika resultat. Reaktioner mellan starka syror och starka baser sönderfaller mer fullständigt till vätejoner (protoner, positivt laddade joner) och anjoner (negativt laddade joner) i vatten. För en svag syra och en svag bas anses neutralisering lämpligare innebära direkt protonöverföring från syran till basen. Om en av reaktanterna finns i stort överskott kan reaktionen ge upphov till ett salt (eller dess lösning), som kan vara surt, basiskt eller neutralt beroende på styrkan hos de syror och baser som reagerar med varandra.
Syror är kemiska föreningar som i vattenlösning uppvisar en skarp smak, en frätande verkan på metaller och förmågan att göra vissa blå vegetabiliska färgämnen röda. Baser är kemiska föreningar som i lösning känns såpiga vid beröring och gör röda vegetabiliska färgämnen blåa blå. När syror och baser blandas neutraliserar de varandra och ger upphov till salter, ämnen med en salt smak och utan någon av de karakteristiska egenskaperna hos varken syror eller baser.
Tanken att vissa ämnen är syror medan andra är baser är nästan lika gammal som kemin, och termerna syra, bas och salt förekommer mycket tidigt i de medeltida alkemisternas skrifter. Syror var troligen de första av dessa som erkändes, uppenbarligen på grund av deras sura smak. Det engelska ordet acid, det franska acide, det tyska Säure och det ryska kislota härstammar alla från ord som betyder sur (latin acidus, tyska sauer, fornnordiska sūur och ryska kisly). Andra egenskaper som tidigt förknippades med syror var deras lösningsmedels- eller frätande verkan, deras effekt på vegetabiliska färgämnen och den sprudlande effekt som uppstod när de applicerades på krita (produktion av bubblor av koldioxidgas). Baser (eller alkalier) kännetecknades huvudsakligen av deras förmåga att neutralisera syror och bilda salter. De sistnämnda typiserades ganska löst som kristallina ämnen som är lösliga i vatten och som har en saltsmak.
Trots sin oprecisa karaktär tjänade dessa idéer till att korrelera ett betydande antal kvalitativa observationer, och många av de vanligaste kemiska material som tidiga kemister stötte på kunde klassificeras som syror (saltsyra, svavelsyra, salpetersyra och kolsyra), baser (soda, kaliumklorid, kalk, ammoniak) eller salter (vanligt salt, salmiak, salpeter, alun, borax). Avsaknaden av någon uppenbar fysisk grund för de berörda fenomenen gjorde det svårt att göra kvantitativa framsteg i förståelsen av syra-basbeteendet, men förmågan hos en bestämd mängd syra att neutralisera en bestämd mängd bas var ett av de tidigaste exemplen på kemisk ekvivalens: idén att en viss mängd av en substans i någon kemisk mening är lika med en annan mängd av en annan substans. Dessutom upptäckte man ganska tidigt att en syra kunde ersättas från ett salt med en annan syra, vilket gjorde det möjligt att ordna syror i en ungefärlig ordning efter styrka. Det stod också snart klart att många av dessa förskjutningar kunde ske i båda riktningarna beroende på de experimentella förhållandena. Detta fenomen tydde på att syra-basreaktioner är reversibla – det vill säga att reaktionens produkter kan interagera för att återskapa utgångsmaterialet. Det introducerade också begreppet jämvikt i syra-bas-kemin: detta begrepp säger att reversibla kemiska reaktioner når en balanspunkt, eller jämvikt, där utgångsmaterialen och produkterna var och en återskapas av en av de två reaktionerna lika snabbt som de förbrukas av den andra.
Bortsett från deras teoretiska intresse spelar syror och baser en stor roll i industriell kemi och i vardagen. Svavelsyra och natriumhydroxid hör till de produkter som tillverkas i största mängder av den kemiska industrin, och en stor andel av de kemiska processerna involverar syror eller baser som reaktanter eller som katalysatorer. Nästan alla biologiska kemiska processer är nära knutna till syra-basjämvikter i cellen eller i organismen som helhet, och jordens och vattnets surhet eller alkalinitet är av stor betydelse för de växter och djur som lever i dem. Både syra-bas-kemins idéer och terminologi har genomsyrat det dagliga livet, och begreppet salt är särskilt vanligt.