Víz-2

Kedves Olvasó!

 

A korábbi bejegyzéseimben már sokat olvashattál a párolgás folyamatáról illetve a szilárd anyagok folyadékokkal történő nedvesítéséről. Ha esetleg lemaradtál ezekről, kellemes és hasznos böngészést kívánok a blogomhoz J

 

A következőekben a folyadékok pár alapvető tulajdonságáról, illetve a kísérleti munkám szempontjából is releváns oldószerekről olvashatsz ismeretterjesztő bejegyzéseket, melyeket konzultáció keretében tanár szakos hallgatók készítettek.

 

Üdvözlettel: Tóth Ildi

 

Kontakt: ildiko.toth@chem.u-szeged.hu

 

 

 

19_Víz-2

 

A vizes közegű reakciók, a víz, mint reakciópartner

 

Minden bizonnyal nagyon sokan hallottátok már a sav és a lúg kifejezéseket. Néhány emberben talán ezek félelmet is keltenek, hiszen ezeket úgy ismerik sokan, mint maró anyagokat, de ha szétnézünk a háztartásokban, akkor mindenhol megtalálhatóak. Elég csak az ecetre, a hypo-ra, a lúgkőre gondolni, nagyon sok tisztítószerünk savas, vagy éppen lúgos kémhatású. Ebben a bejegyzésben tisztázzuk a sav és a lúg fogalmát, majd belemerülünk ezeknek a kialakulásába is.

 

Néhány gyakori háztartási sav

 

Érdemes a megismerést az elejétől kezdeni. Alapvetően kétféle reakciót különböztetünk meg, az elektronátmenettel járó reakciókat (redoxireakciók) és a protonátmenettel járó reakciókat (sav-bázis reakciók). Igen, a második típus a figyelmes olvasó számára ismerős lehet a bevezető részből, hiszen ott savakról és lúgokról volt szó. Ez nyilván nem véletlen, de mielőtt ennyire előre ugranánk, ismerkedjünk meg egy kicsit közelebbről a vízzel.

 

Sokak által ismert tény az is, hogy a víz egy oxigén-, és két hidrogénatomból áll. Azt is nagyon sokan tudják, hogy a víz vezeti az elektromos áramot, de aki kicsit figyelmesebb volt az iskolai évei alatt, azt is tudja, hogy a kémiailag tiszta víz nem vezeti az elektromos áramot, mert nincsenek benne töltéshordozók. Az igazán eminensek azt is tudják, hogy ez is csak részben igaz, hiszen a kémiailag tiszta víznek is van elektromos vezetése, csak sokkal-sokkal kisebb mértékű, mint úgy általában a többi víznek. Ezek látszólag egymásnak ellentmondó információk, de akkor mi is az igazság? Az igazság az, hogy a kémiailag tiszta víz is vezeti kis mértékben az elektromos áramot, hiszen az is tartalmaz töltéshordozókat. Egész pontosan ezt a jelenséget a víz autoprotolízise okozza, amelynek során a vízmolekulák egy nagyon elenyésző része szétesik H⁺ -ionra és OH^— -ionra. Kémiai tanulmányaink elején megtanulhattuk, hogy a hidrogénion nem más, mint egy proton, és itt a kapcsolat a sav-bázis reakciók és a víz autoprotolízise között. Ezek szerint a sav-bázis reakciók olyan reakciók lehetnek, amelyek során H⁺ átadás történik. A vízmolekula esetén láthatjuk, hogy képes H⁺ leadásra (így OH^— keletkezik), de akár H⁺ felvételre is képes(így H₃O⁺ keletkezik). Ugye milyen érdekes? A víz tehát nem csak leadni, hanem felvenni is képes protont. Az ilyen anyagokat, amelyek erre képesek, sav-bázis szempontból amfoternek nevezzük.

 

A víz autoprotolízise

 

Erre mondhatja bárki, hogy nagyon jó, a víz tud leadni, és felvenni is protont, de mi az, aminek leadja, és mi az, amitől felveszi? Erre ad magyarázatot a Brönsted-féle sav-bázis elmélet, amely szerint a protont leadó molekulák, vagy ionok a savak, még a protont felvevőek a bázisok. Az ismertebb savak közé tartozik például a sósav, salétromsav, kénsav és az ecetsav, míg elég széles körben ismert lúgok például a nátrium-hidroxid, a kálium-hidroxid és az ammónia. A savak vizes oldatában a H⁺ -ion van jelen nagyobb koncentrációban, mint az OH^— -ion, ekkor savas kémhatású oldatról beszélünk, a bázisok vizes oldatában pedig fordítva, ekkor lúgos kémhatásról beszélünk.

 

Ezen a ponton elérkeztünk a savas és a lúgos kémhatás fogalmához. Az sem mindegy, hogy egy adott oldat mennyire savas, vagy lúgos, hiszen míg az ecetsavat néha simán elfogyasztjuk, addig a kénsavhoz, vagy a sósavhoz már nem túl szívesen nyúlunk hozzá, és hasonló a helyzet a lúgok esetén is. A kémhatást a H⁺-ionok oldatbeli koncentrációjával jellemezhetjük, ennek negatív, tízes alapú logaritmusa a pH. A tiszta víz pH-ja 7, ami azt jelenti, hogy 10^-7 mol/dm³ benne a hidrogénion-koncentráció, a savas kémhatásnál a pH ennél kisebb, a lúgos kémhatásnál a pH ennél nagyobb. Egy nagyon fontos jellemzője a savaknak és a bázisoknak a savállandó, és a bázisállandó, amely azt mutatja meg, hogy az adott anyag mennyire szívesen ad le, illetve vesz fel protonokat. Ez alapján beszélhetünk erős és gyenge savakról/bázisokról.

 

 

A pH-skála néhány, az adott pH-ra jellemző hétköznapi anyaggal

 

Természetesen a sav-bázis reakciókban nem csak a víz lehet a reakciópartner, hanem a víz közegként is jelen lehet, például akkor, amikor egy savas és egy lúgos oldatot összeöntünk. Ebben az esetben közömbösítésről beszélhetünk, amelynek egy nagyon szép, és látványos gyakorlati alkalmazása a sav-bázis titrálás. Ilyenkor azt használjuk ki, hogy bizonyos anyagok esetén (indikátorok) az oldat pH-változása színváltozást okoz. Próbáljuk csak ki nyugodtan a következőt: egy pohárba tegyünk vöröskáposzta-levet, majd oldjunk fel benne valamennyi szódabikarbónát. Ezután öntsünk ecetsavat lassanként az oldathoz, majd további színváltozásokat tapasztalhatunk. (Videó a vöröskáposzta indikátorként való alkalmazásáról: https://www.youtube.com/watch?v=QJ2HmCVPS-w) A képen láthatjátok a várt színváltozásokat, és további indikátorok pH-függő színét.

Néhány indikátor színe a kémhatástól függően

Természetesen vizes közegben nem csak protonátmenettel járó, hanem elektronátmenettel járó reakciók is lejátszódhatnak, ezeket használjuk ki például az elemek esetén is, de egyelőre ne akarjunk túl sokat, majd erről is szót ejtünk valamikor.

 

 

Herédi János

Fizika – kémia osztatlan tanári szakos hallgató