EFNAFRÆÐI
SÝRUR OG BASAR
Hvað eru sýrur og basar
Skilgreining Arrheniusar: Efni sem gefur frá sér H+ í vatnslausn er sýra og efni sem að myndar OH- í vatnslausn er basi.
Ef sýra og basi eru saman í lausn á sér stað hlutleysnihvarf á milli þeirra, hlutleysing með hvarfi H+ við OH-à H2O
Skilgreining Brönsted og Lowry: Sýra er efni sem gefur frá sér H+ í lausn og basi er efni sem tekur við H+ í lausn.
Sýru og basahvörf gerast samtímis vegna þess að sýra lætur ekki frá sér H+ nema að annað efni geti tekið við henni. Sýra hvarfast við basa og basi við sýru.
Þegar sýra missir róteind breytist hún í basa sem getur tekið upp róteind og þegar basi tekur við róteind breytist hann í sýru sem getur misst róteind. Þetta kallast jafnvægishvarf og er þetta samoka sýru og basa hvarf.
Samoka sýru-basa par eru tvö efni þar sem efnaformúla þeirra er bara ólík um róteind sem fer á milli þeirra.
Samoka sýra er efni sem myndast þegar basi tekur til sín súra róteind.
Samoka basi er efni sem myndast þegar sýra gefur frá sér súra róteind.
REMMA
Þegar talað er um ramma sýru eða rammann basa er átt við hversu sterk efnin eru. Ástæðan fyrir því að það er kallað remma er svo við ruglumst ekki á því þegar það er talað um „styrk“ sýru og basa og þegar það er verið að tala um efnisstyrk sýrunnar/basans. Rammleiki sýru ræðst af því hversu hvarfgjarnar þær eru/ hversu viljugar sýrurnar eru til þess að gefa frá sér róteind.
Í öllum sýru og basahvörfum leitar jafnvægi þerra að flutningi róteindar (H+) frá rammari sýru til rammari basa. Þá myndast veikari sýra og veikari basi.
Samoka basi mjög rammrar sýru er mjög veikur basi
Samoka basi rammrar sýru er veikur basi.
Samoka basi veikrar sýru er veikur basi.
Samoka sýra mjög ramms basa er mjög veik sýra.
Samoka sýra ramms basa er veik sýra.
Samoka sýra veiks basa er veik sýra.
(Hægt er að sjá mynd af remmutöflu undir hjálpargögnum).
Í sýru og basa hvörfum er einnig talað um jafnvægi
Hvarf rammrar sýru liggur yfirleitt langt til hægri til þess að allar sameindir sýrunnar losi sig við róteindirnar sínar. Samoka basi römmu sýrunnar hefur svo hverfandi litla basaeiginleika.
Hvarf daufrar sýru liggur svo frekar til vinstri og aðeins hluti sameindanna losar sig við róteind.
SJÁLFSJÓNUN VATNS
Efni sem er smá undantekning á skilgreiningu sýru og basa er vatn, vegna þess að vatn er tvíhegða og getur virkað bæði sem sýra og basi. Í vatni er efnahvarf í jafnvægi og alltaf einhver hreyfing á vatnssameindunum. Hluti af vatninu er í hvlutverki basa og hinn hlutinn er þá í hlutverki sýru.
Kvikt jafnvægi = sjálfsjónun vatns.
Í vatni tölum við um að hýdróníum jónin sé súr en hrýdroxíð jónin basísk. Í hreinu vatni er jafnvægið þannig að sama magn er af hýdróníum og hýdroxíð jónum og þá er vatnið hlutlaust.
Ef sýra er bætt við í vatnið eykst styrkurinn á hýdróníum jónum en ef basa er bætt við í vatnið eykst styrkurinn á hýdroxíð jónum.
SÝRUSTIG - PH OG POH
Þegar mælt er sýrustig er yfirleitt notast við pH kvarða. pH og pOH kvarðarnir eru á bilinu 0 til 14.
pH er ákvarðar út frá styrk hýdróníum jónarinnar H3O+ og er hann skilgreindur sem P-fall af mólstyrk jónarinnar. Hann er neikvæður logartími, -Log10. Aðeins er hægt að fá styrk jónarinnar út frá pH gildi.
Ef styrkur H3O+ hækkar þá súrnar lausnin og pH gildið lækkar. Lausnir sem eru yfir 7 eru basískar og þær lausnir sem eru undir 7 eru súrar samkvæmt pH skalanum.
pOH skalinn er hins vegar gagnstæður þar sem notast er við neikvæða lograritmann af styrk hýdroxíð jónarinnar við ákvörðun á honum.
Mikilvægt er að muna eftir umbreytingarstuðlum.
SÝRU-BASA JAFNVÆGISHVÖRF
Rammar sýrur og rammir basar vilja klofna að fullu í vatnslausnum. Þegar ákveða skal sýrustig lausna af veikum sýrum þurfum við að notast við jafnvægisútreikninga.
Líkt og vatnsfastinn var táknaður með Kw þá er jafnvægisfasti sýra táknaður með Ka og kallast klofningsfasti sýrunnar eða sýrufasti.
Sýrufasti (Ka) segir til um hversu mikið sýran klofnar. Ef útkoman er lítil tala þá klofnar hún mjög lítið en ef hún er stór tala þá klofnar hún meira.
Basafasti (Kb) er jafnvægishvörf veikra basa.
ÍBV-töflur og klofningsfasti
ÍBV töflur eru stundum notaðar til að ákvarða pH-gildi lausnar. Með ÍBV töflu verður auðveldara að átta sig á því hvaða stærðir fara í jöfnuna.
Sýrustig er bæði háð hitastigi og hreinleika efnanna, pH mælingar geta verið á flökti um 5%. Ef klofningsfastinn er mjög lítill þá getur verið þægilegra að nota nálgun til að vinna með jöfnu klofninsfastans. Í þeim tilvikum sem klofningsfastinn er 1,0*10-3 eða minni getum við gert ráð fyrir því að x sé mjög lítil tala og gott er að nota þá nálgun. Hægt er að skoða skekkjumörk nálgunarinnar með því að deila mólstyrknum upp í x sem fæst sinnum 100%.
P-fallið af klofningfastanum eða svokallað pKa hækkar eftir því sem Ka lækkar og remma sýru eykst eftir því sem pKa lækkar.
Í sumum tilfellum er prósentu klofnun sýru gefin upp frekar en pH gildi hennar þá þarft að notast við þessa jöfnu hér til hliðar.
Jafnakerfi sýra og basa
Lausnir geta innihaldið bæði veika sýru og veikan basa á sama tíma og eru þá jafnalausnir eða Buffer.
Þegar lausnir hafa þann eiginleika að viðhalda pH gildi sínu þrátt fyrir viðbót af H3O+ eða OH- í lausninni kallast þær bufferar. Sem dæmi þá er buffer lausn sem inniheldur veika sýru og salt hennar.
Jafnalausnir sjá til þess að sýrustig breytist ekki jafn mikið þó sýru eða basa sé bætt við í lausnina. Þær innihalda yfirleitt veika sýru og veikan basa. Sýran getur hlutleyst viðbót af OH- og basinn getur hlutleyst viðbót af H3O+. Yfirleitt eru jafnalausnir samsettar af samoka sýru-basapari en skilyrði þess að fá virka jafnalausn er að sýran og basinn hlutleysi ekki hvort annað með hlutleysni hvarfi sín á milli.
TÍTRUN
Títranir eru notaðar til þess að ákvarða efnisstyrk sýra eða basa. Hægt er að reikna efnismagn eða styrk óþekkta efnasambandsins með því að nota sýru-basa hlutleysnihvörf. Sýru-basa hlutleysnihvörf eru framkvæmd þannig að fundinn er jafngildispunktur. Við jafngildispunktinn hefur nægilega miklu magni af þekktu lausninni verið bætt út í óþekktu lausnina þannig að hvarfefnin hennar séu búin og þá á sér ekkert frekara hvarf sér stað þó meira af þekktu lausninni sé bætt við.
