pH, hapot ja emäkset
pH kuvaa vedynionin aktiivisuutta logaritmisella asteikolla: pH=−log₁₀a(H⁺). Laimeissa ihanteellisissa liuoksissa aktiivisuutta lähestytään konsentraatiolla, mutta tarkassa kemiassa aktiivisuus erotetaan konsentraatiosta. Vahva happo ei tarkoita samaa kuin väkevä happo.
Brønsted–Lowry
Happo luovuttaa protonin ja emäs vastaanottaa protonin. Reaktiossa HA+H₂O⇌H₃O⁺+A⁻ muodostuu konjugaattinen happo-emäspari. Vesi voi toimia sekä happona että emäksenä.
Vahvuus ja pitoisuus
Vahva happo ionisoituu vedessä lähes täydellisesti sopivassa pitoisuusalueessa. Väkevyys kertoo paljonko ainetta on tilavuudessa. Laimea vahva happo voi olla vähemmän hapan kuin väkevä heikko happo tietyissä oloissa.
Ka ja pKa
Happovakio Ka mittaa tasapainoa ja pKa=−logKa. Pieni pKa tarkoittaa yleensä vahvempaa Brønsted-happoa. Heikon hapon pH lasketaan tasapainosta, ei olettamalla täydellistä dissosiaatiota.
Veden autoprotolyysi
Kw=a(H₃O⁺)a(OH⁻) riippuu lämpötilasta. Neutraalisuus tarkoittaa a(H₃O⁺)=a(OH⁻). pH=7 on neutraali vain noin 25 °C:ssa veden tavallisissa olosuhteissa.
Puskurit
Puskuri sisältää heikon hapon ja sen konjugaattiemäksen tai päinvastoin. Se vaimentaa pH-muutosta sitomalla lisättyä happoa tai emästä. Henderson–Hasselbalch on hyödyllinen likiarvo sopivissa oloissa.
Titraus
Happo-emästitrauksessa ekvivalenttipiste määräytyy stoikiometriasta. Ekvivalenttipisteen pH ei aina ole 7: heikon hapon ja vahvan emäksen titrauksessa liuokseen jää emäksinen konjugaattiemäs.
Aktiivisuuksien merkitys
Hyvin väkevissä tai ionivahvoissa liuoksissa [H⁺] ja a(H⁺) poikkeavat merkittävästi. Tällöin yksinkertaiset konsentraatiokaavat voivat antaa näennäisen tarkan mutta fysikaalisesti väärän pH:n.
Polyproottiset hapot
Happo voi luovuttaa useamman protonin peräkkäin. Jokaisella vaiheella on oma K_a, ja myöhemmät dissosiaatiot ovat usein heikompia. pH-laskussa ei voi automaattisesti olettaa kaikkien protonien irtoavan yhtä voimakkaasti.
Lewis-hapot
Brønsted-malli käsittelee protoninsiirtoa, mutta Lewis-happo vastaanottaa elektroniparin ja Lewis-emäs luovuttaa sen. BF₃ on Lewis-happo ilman luovutettavaa protonia, joten Lewis-käsite laajentaa happo-emäskemian aluetta.
Indikaattorit
Happo-emäsindikaattori on itse heikko happo tai emäs, jonka protonoidulla ja deprotonoidulla muodolla on eri väri. Värinmuutos tapahtuu pH-alueella, joka liittyy indikaattorin pK_a-arvoon, ei täsmälleen yhdessä ainoassa pH:ssa.
Harjoitus
Mikä ero on vahvalla ja väkevällä hapolla?
Ratkaisu
Vahvuus kuvaa ionisoitumisen tasapainoa, väkevyys aineen määrää tilavuutta kohti. Ne ovat eri käsitteitä.