Syrer

Syrer er i smalere forstand alle kjemiske forbindelser som er i stand til å overføre protoner (H ⁺ ) til en reaksjonspartner - de kan fungere som protondonorer . I vandig løsning er reaktanten i det vesentlige vann. Det danner oksonium -ioner (H ₃ O ⁺ ), og pH av løsningen nedsettes med den. Syrer reagerer med såkalte baser for å danne vann og salter . En base er således motstykket til en syre og er i stand til å nøytralisere den .

I bredere forstand beskriver forskjellige syrebasekonsepter et mye bredere spekter av kjemiske reaksjoner som kan strekke seg langt utover reaksjonene nevnt ovenfor.

historie

Sannsynligvis er den eldste kjente syren (Latin acidum ) eddik (Latin acetum ), en omtrent fem prosent vandig løsning av forbindelsen eddiksyre . Syrer var noe som eddik ( oxos eller acidus ). I alkymi ble syre ansett som en primalsubstans . De sure egenskapene var basert på en enkelt urssyre som hadde en effekt i forskjellige stoffer. Syrer får kalk eller karbonater til å skumme opp, har en kaustisk effekt og en sur smak . Frem til slutten av 1200-tallet var ingen syrer i tillegg til eddik og annen vegetabilsk juice kjent. Utvidet kunnskap om syrer ble tilskrevet giveren , som levde på 800-tallet, men de er basert på skrifter fra de mye yngre, såkalte pseudogivere . Kunnskap om ulike uorganiske syrer utviklet seg, som alle ble tilskrevet variantene av grunnvannet . Fra 1700-tallet ble de kalt mineralsyrer .

• En produksjon av salpetersyre (HNO ₃ ) ble beskrevet av pseudodonorene sannsynligvis etter 1200-tallet som "oppløsende vann" (aqua dissolutiva) eller "sterkt vann" (aqua fortis) . Her ble kobbervitriol (se også chalcanthite ) oppvarmet til rød varme med saltpeter og alum . Nitrøse gasser unnslippe og danne salpetersyre med vann. Denne syren ble også kalt septisk væske fordi den løser sølv i en kjemisk reaksjon, men gull gjør det ikke. I 1648 beskrev J. R. Glauber produksjonen av konsentrert (røyking) salpetersyre (spiritus acidus nitri) ved reaksjon med svovelsyre.
• Aqua regia , fra dagens synspunkt, en blanding av salpetersyre og saltsyre , er sannsynlig å ha vært kjent på et like tidlig stadium, da det kan oppnås relativt enkelt ved å reagere salpetersyre med den velkjente salmiakken . Aqua regia var dronningen av alle syrer , som til og med gull , kongen av metaller , ikke tålte.
• Svovelsyre (H ₂ SO ₃ ) har vært kjent i lang tid fordi den kan oppnås ved å forbrenne elementært svovel . Svovelsyre var absolutt involvert i mange av prosessene. Mer presise prosesser for fremstilling av svovelsyre (H ₂ SO ₄ ) ble bare beskrevet mer detaljert av A. Libavius i 1597 : a) Annealing av jern eller kobbersulfat , det såkalte jern- eller kobbervitriolen - se også vitriolprosessen - til oleum vitrioli (røykende svovelsyre) og b) forbrenning av svovel og påfølgende oksidasjon, noe som førte til fortynnede løsninger (oleum sulphuris) . En teknisk implementering lyktes på 1800-tallet med blykammerprosessen .
• Saltsyre (HCl) var ikke kjent før på slutten av 1500-tallet. Ved å antenne en blanding av salt og leire beskrevet A. Libavius en syntese. B. Valentinus beskrev omdannelsen av vitriol og bordsalt til aqua caustica , det kaustiske vannet. Intensive undersøkelser av J. R. Glauber i det 17. århundre førte til Glaubers salt ånd (Spiritus Salis Glauberianus) , den meget konsentrerte, såkalte rykende saltsyre eller gassen hydrogenklorid .

Den viktige betegnelsen base som fenomenologisk motstykke til syre ble brukt på 1600-tallet av alkymister og kjemikere som G. E. Stahl , R. Boyle og G. F. Rouelle , fordi "basiske" stoffer dannet det ikke-flyktige grunnlaget for fiksering av flyktige syrer og ( kaustisk) effekt av Kunne ta opp syrer. Grunnleggende trinn i kjemi ble tatt av A. L. Lavoisier på 1700-tallet, som tildelte visse kjemiske forbindelser visse egenskaper. Han trodde at syrer alltid var laget av ikke-metalloksider og vann, og baser var laget av metalloksider og vann. Humphry Davy fant et moteksempel ( hydrogenklorid ) i 1808 . J. von Liebig så syrer som hydrogenforbindelser som kan omdannes til salter av metaller .

I 1887 definerte S. Arrhenius syrer som stoffer som dissosieres når de løses opp i vann som gir fra seg protoner (H ⁺ ), og baser som stoffer som dissosierer seg når de løses i vann som gir av hydroksidioner (OH ^- ). Hvis syrer og baser kombineres, nøytraliserer de og danner vann. Teorien var imidlertid fortsatt utilstrekkelig, da forbindelser uten oksygen ikke var inkludert: Ammoniak nøytraliserer også en syre. I 1923 beskrev JN Brønsted og Martin Lowry uavhengig hva som fremdeles er den viktigste definisjonen av syrer og baser i dag. De danner grunnlaget for de sure forklaringene gitt nedenfor.

Hva er syrer

Uten å gå nærmere inn på de forskjellige syrebasekonseptene , vil en mulig og felles tilnærming bli beskrevet her som en introduksjon. Vannets tilstedeværelse og visse egenskaper er vanligvis nært knyttet til syrer, ofte uten å uttrykkelig nevne dem . Rent vann er underlagt det som kalles autoprotolyse . Oksonium-ioner (H ₃ O ⁺ ) og hydroksydioner (OH ^- ) dannes fra vannet i svært små og like mengder :

${\ displaystyle \ mathrm {1. \ H_ {2} O + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ H_ {3} O ^ {+} + OH ^ {-}}}$

Denne reaksjonsligning for vann viser egenskapen av en syre, nemlig evnen til å danne H ₃ O ⁺ -ioner i vann. Samtidig dannes OH ^- ioner i vann - en av egenskapene som en base kan ha. Vann kalles imidlertid verken en base eller en syre, og dets oppførsel kalles nøytral . Dette refererer til den pH-verdi , noe som indikerer at konsentrasjonen av H ₃ O ⁺ -ioner i vann. Rent vann har en pH på 7, som er en veldig liten konsentrasjon. Som alle reaksjonene som er beskrevet i dette avsnittet, er denne reaksjonen en likevektsreaksjon: Dannelsen av ionene og deres kombinasjon for å danne vann skjer kontinuerlig og med samme frekvens. Så nøytral betyr ikke at ingenting skjer.

Organiske syrer
Karboksylsyre
Sulfonsyre
R er en organylgruppe , f.eks. B. en metyl- eller fenylgruppe. De funksjonelle gruppene er merket med blått .

Syrer kan brukes til å beskrive kjemiske forbindelser som kan samhandle på en bestemt måte med vann. De har hydrogenatomer som er bundet som ioner (ionogene). Ren eddiksyre (H ₃ C-COOH) reagerer med vann og danner ytterligere H ₃ O ⁺ ioner. Hvis en slik reaksjon oppstår, kan en forbindelse kalles en syre. I tillegg til den oksoniumion, acetat- anion H ₃ C-COO ^{- også dannes} :

${\ displaystyle \ mathrm {2. \ H_ {3} C {-} COOH + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ H_ {3} C {-} COOH ^ {-} + H_ {3} O ^ {+ }}}$

Eddiksyre er en karboksylsyre og er en ganske svak syre sammenlignet med uorganiske syrer som hydrogenklorid . I vandig oppløsning, blir en god del av molekylene udissosiert som H ₃ C-COOH. Også her etableres det raskt en likevekt . Av denne grunn kan ovennevnte reaksjonsligning (2) leses fra høyre til venstre med like begrunnelse. Et acetatanion reagerer med et oksoniumion for å danne vann og eddiksyre. I denne leseretningen finner en grunnleggende reaksjon sted: omdannelsen av hydroksoniumioner til vannmolekyler. Hvis en passende mengde acetatanioner tilsettes til en eddiksyreoppløsning, for eksempel i form av det lettoppløselige natriumacetat , kan den sure egenskapen til eddiksyre kompenseres fullstendig av den basiske egenskapen til acetationet. Den vandige løsningen nøytraliseres. Også her betyr nøytral ikke at ingenting skjer i løsningen. Bare konsentrasjonen av H ₃ O ⁺ -ioner er så lav som i rent vann.

I tillegg bør den grunnleggende reaksjonen nå vurderes som skjer når natriumacetat oppløses i rent vann (Na ⁺ -kationen er utelatt i reaksjonsligningen):

${\ displaystyle \ mathrm {3. \ H_ {3} C {-} COO ^ {-} + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ OH ^ {-} + H_ {3} C {-} COOH}}$

Her danner hydroksidioner (OH ^- ). Hvis en passende mengde vandig eddiksyreoppløsning tilsettes til denne acetatløsningen, blir løsningen nøytral . Den likevekt (1) blir etablert mellom H ₃ O ⁺ og OH ^- , som i første omgang ble presentert som den grunnleggende egenskap av vann, og er her vist som ligning (1 a) den andre veien rundt.

${\ displaystyle \ mathrm {1a) \ H_ {3} O ^ {+} + OH ^ {-} \ \ rightleftharpoons \ H_ {2} O + H_ {2} O}}$

Mange stoffer som er referert til som syrer, er vandige løsninger fra begynnelsen og kan ikke bare forstås som kjemiske forbindelser som har ionisk bundet hydrogenatomer. Saltsyre er en vandig løsning av gassen hydrogenklorid (HCl) og regnes som en sterk syre. I denne løsningen - før noen praktisk bruk av syren - er likevektsreaksjonen (4) allerede til stede, der likevekten er nesten helt på høyre side.

${\ displaystyle \ mathrm {4. \ HCl + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ H_ {3} O ^ {+} + Cl ^ {-}}}$

Hydrogenklorid har for lengst spilt potensialet for å være en syre, og H ₃ O ⁺ -ioner har dannet seg. De kjemiske effekter som oppstår som et resultat av den praktiske anvendelse av saltsyre skyldes reaksjoner av H ₃ O ⁺ ioner. Syren er H ₃ O ⁺ ion. Måleenheten for syreinnholdet ( konsentrasjon ) er den pH-verdi her , mens i tilfelle av svakere syrer, slik som eddiksyre, er mål for syrestyrken , P K _S er verdi, i forgrunnen. Sterke og svake syrer varierer i deres tendens til å "like" eller "mindre like" til å danne H ₃ O ⁺ -ioner i vann. Disse tendensene er beskrevet mer detaljert i avsnittet Syre-base balanse.

Syre-base balanse

Under protolyse absorberer en reaksjonspartner (vanligvis vann) protonen som avgis av syren. Dette skal skilles fra redoksreaksjonene der elektronoverføringer foregår.

Den generelle likevektsreaksjonen til en syre HA i vandig løsning er:

${\ displaystyle \ mathrm {5. \ HA + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ H_ {3} O ^ {+} + A ^ {-}}}$

Syrene er forskjellige i deres tendens til å overføre H ⁺ -ioner til vann. Dette kalles syrestyrke K _S og angir likevektskonstanten ( syrekonstant ) av syren reaksjonen. Syren konstant gis ofte i form av p- K- _S- verdi, som er definert som den negative logaritme av dekadisk syre konstant.

${\ displaystyle K _ {\ mathrm {S}} = {\ frac {c (\ mathrm {H} _ {3} \ mathrm {O} ^ {+}) \ cdot c (\ mathrm {A} ^ {- })} {c (\ mathrm {HA})}}}$

${\ displaystyle \ mathrm {p} K _ {\ mathrm {S}} = - \ log K _ {\ mathrm {S}}}$

Syrer med en høy K- _S- verdi (liten p- K- _S -verdi) er sterke syrer. Dersom pH-verdien av en oppløsning inneholdende en syre er to enheter under p- K- _S- verdi, bare en hundredel av H ₃ O ⁺ -ioner dannes.

Multi-protonsyrer

Syrer som kan splitte av flere protoner kalles polyprotonsyrer eller flerbasiske syrer . Svovelsyre (H ₂ SO ₄ ) er en biprotonic (også diprotonic), fosforsyre (H ₃ PO ₄ ) er en tre- proton (også triprotonic) syre. Innsatsen for å frigjøre de enkelte protonene (protolyse) varierer i størrelse og kan beskrives av syrekonstanten ( K _s ). Følgende gjelder generelt for de enkelte protolysetrinnene: K _S (I)> K _S (II)> K _S (III) (eller p K _S (I) <p K _S (II) <p K _S (III)) .

Følgende gjelder fosforsyre:

${\ displaystyle \ mathrm {H} _ {3} \ mathrm {PO_ {4} + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ H_ {2} PO_ {4} ^ {-} + H_ {3} O ^ {+ }}}$	${\ displaystyle K _ {\ mathrm {S}} = 7 {,} 4 \ cdot 10 ^ {- 3}}$	${\ displaystyle \ mathrm {p} K _ {\ mathrm {S}} = 2 {,} 13 \}$
${\ displaystyle \ mathrm {H_ {2} PO_ {4} ^ {-} + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ HPO_ {4} ^ {2 -} + H_ {3} O ^ {+}}}$	${\ displaystyle K _ {\ mathrm {S}} = 6 {,} 3 \ cdot 10 ^ {- 8}}$	${\ displaystyle \ mathrm {p} K _ {\ mathrm {S}} = 7 {,} 20 \}$
${\ displaystyle \ mathrm {HPO_ {4} ^ {2 -} + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ PO_ {4} ^ {3 -} + H_ {3} O ^ {+}}}$	${\ displaystyle K _ {\ mathrm {S}} = 4 {,} 4 \ cdot 10 ^ {- 13}}$	${\ displaystyle \ mathrm {p} K _ {\ mathrm {S}} = 12 {,} 36 \}$

p K _S verdier av viktige syrer

Se p K _S og p K _B- verdier for noen forbindelser .

eiendommer

Egenskapene til syrer, spesielt farene de utgjør, varierer mye. Eksempler er salpetersyre (hovedfare: etsende), hydrosyansyre (sterk gift) og pikrinsyre (et eksplosivstoff).

• Syrer angriper spesielt uedle metaller og kalk . Men klær, hud og øyne (vanligvis alle organiske materialer) risikerer også å bli ødelagt av syren ved kontakt.
• Det er sterke og svake syrer. Hydrogenklorid er en sterk syre og dissosieres helt i vann. Den vandige løsningen kalles saltsyre . Eddiksyre er en svakere syre og bare delvis dissosieres i vann.
• Syrer kan fortynnes med vann; avhengig av fortynning er effekten betydelig svakere. Fortynning av konsentrerte syrer er en eksoterm reaksjon . Så det er varme. Spesielt ved fortynning av konsentrert svovelsyre kan syreoppløsningen sprute bort på en ukontrollert måte. Derfor, når det fortynnes, gjelder regelen for å tilsette syren til vannet, ikke omvendt: "Først vannet, så syren, ellers vil monsteret skje." Men selv med riktig blanding, sørg for at den konsentrerte syren er langsom og forsiktig tilsettes vannet.
• Det er en vanlig misforståelse at syrer alltid er væsker. Velkjente representanter for syrer som er rent som et fast stoff er vitamin C og sitronsyre , en gasssyre er for eksempel hydrogenklorid .
• Vandige oppløsninger av syrer får indikatorer til å endre farge , for eksempel blir de blå lakmuspapir rødt.
• "Motstanderne av syrene" er basene (baseløsning = lut). Du kan nøytralisere syrer. Baser er også etsende og angriper mange andre stoffer som ikke nødvendigvis reagerer med syrer.
• Når de er oppløst i vann, fører syrer strøm. Her utføres a elektrolyse , ved katoden (den negative polen), og hydrogen ved anodeformen (den positive polen) til det nøytraliserte stoffet i syreanionet, hvor saltsyren z. B. klor . En reduksjon (elektronopptak) finner sted ved katoden og oksidasjon (elektronfrigivelse) finner sted ved anoden .

Syre-base reaksjoner uten vann

Analogt med syre-basereaksjonene som finner sted i vandige oppløsninger og med vann deltakelse, er det reaksjoner i andre medier. I vannfri etanol finner en reaksjon sted med hydrogenklorid , der etanol tar rollen som en base:

${\ displaystyle \ mathrm {H_ {3} C {-} CH_ {2} {-} OH + HCl \ \ rightleftharpoons \ H_ {3} C {-} CH_ {2} {-} OH_ {2} ^ {+ } + Cl ^ {-}}}$

I gassfasen reagerer gassene ammoniakk og hydrogenklorid for å danne saltet ammoniumklorid .

${\ displaystyle \ mathrm {NH_ {3} + HCl \ \ rightleftharpoons \ NH_ {4} Cl}}$

I tillegg til vann, kan andre tilstrekkelig polare løsningsmidler også virke som reaktanter i syre-base reaksjoner. Et godt eksempel er autoprotolyse av flytende ammoniakk:

${\ displaystyle \ mathrm {NH_ {3} + NH_ {3} \ \ rightleftharpoons \ NH_ {4} ^ {+} + NH_ {2} ^ {-}}}$

Eksempler på syrer

Viktige syrer er:

• Svovelsyre : H ₂ SO ₄ (industriell bruk, surt regn )
• Saltsyre : HCl (industriell bruk)
• Silica : H ₄ SiO ₄
• Fosforsyre : H ₃ PO ₄ (næringsmiddelindustri, inkludert cola , DNA )
• Karbondioksid : H ₂ CO ₃ (næringsmiddelindustri, teknologi, atmosfære )
• Eddiksyre : CH ₃ COOH (tilberedning av salat på kjøkkenet, næringsmiddelindustrien)
• Benzosyre ( konserveringsmidler for mat)
• Fluorsyre : HF (produksjon av datamaskinbrikker)
• Salpetersyre : HNO ₃ (industriell bruk)

Salter av multiprotonsyrer kan for eksempel også fungere som syrer ("sure salter")

• Hydrogensulfater
• Hydrogenfosfater

Se også

• Liste over syrer

litteratur

Historisk utvikling av syrer:

• Claus Priesner , Karin Figala : Alchemy: Lexicon of a hermetic science. Beck, München 1998, ISBN 3-406-44106-8
• V. Karpenko, JA Norris: Vitriol in the History of Chemistry. Chem. Listy, bind 96, 2002, sider: 997-1005, PDF
• Givere i Britannica

weblenker

Wiktionary: acid  - forklaringer på betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser

Individuelle bevis

1. J G. Jander, E. Blasius: Introduksjon til det uorganisk-kjemiske praktiske kurset . 12., revidert utgave. Hirtzel Verlag, Stuttgart 1987, ISBN 3-7776-0433-X , s. 5 .