Kwasy, zasady i skala pH
Pojęcia kwas i zasada opisują właściwości chemiczne wielu substancji, których używamy na co dzień. Kwasowe rzeczy mają kwaśny smak. Rzeczy zasadowe lub alkaliczne mają smak mydlany. Silne kwasy są żrące, a silne zasady są żrące; oba mogą powodować poważne uszkodzenia skóry, które odczuwa się jako oparzenia. Łagodne kwasy i zasady są jednak powszechne i stosunkowo nieszkodliwe dla nas. Co sprawia, że dana substancja jest kwasowa lub zasadowa? Następujące równanie jest dobrym miejscem, aby zacząć:
Zaczynamy z dwoma cząsteczkami wody i przesuwamy kilka atomów wodoru wokół. Jedna cząsteczka wody zyskuje wodór i dlatego przyjmuje ładunek dodatni, podczas gdy druga cząsteczka wody traci atom wodoru i dlatego staje się ujemnie naładowana. H3O+ nazywany jest jonem hydroniowym i nadaje rzeczom kwaśny odczyn. OH- nazywany jest jonem hydroksylowym i ma charakter zasadowy. Jednak w wodzie istnieje równowaga pomiędzy jonami hydroniowymi i hydroksylowymi, które wzajemnie znoszą swoje ładunki. Czysta woda nie jest ani kwaśna ani zasadowa; jest neutralna.
Jak więc coś staje się kwaśne lub zasadowe? Dzieje się tak, gdy hydrony i hydroksyle są poza równowagą. Jeśli jest więcej dodatnio naładowanych hydronium niż ujemnie naładowanych hydroksyli, substancja jest kwaśna. Jeśli jest więcej ujemnie naładowanych wodorotlenków niż dodatnio naładowanych wodorotlenków, substancja staje się zasadowa. pH oznacza właściwie „potencjał (lub moc) wodoru.”
Uwaga: Czasami ludzie piszą H+ jako skrót od H3O+ i to może powodować zamieszanie, ponieważ czasami, gdy ludzie piszą H+, naprawdę mają na myśli tylko H+, a nie H3O+. Uważaj na to i poproś o wyjaśnienie!
Gdy rozpuszczamy kwasy w wodzie, tworzymy nadmiar hydronium. Gdy rozpuszczamy zasady w wodzie, tworzymy nadmiar hydroksyli. Oto dwa przykłady. Ocet, słaby kwas, ma wzór chemiczny CH3COOH. Kiedy rozpuszcza się w wodzie, staje się CH3COO- i H+. Jony H+ łączą się z cząsteczkami wody, tworząc H3O+, więc roztwór staje się kwaśny. Przyjrzyjmy się teraz ługowi, silnej zasadzie o wzorze chemicznym NaOH (wodorotlenek sodu). Jeśli dodamy NaOH do wody, zdysocjuje on na Na+ i OH-. Sody nie robią nic ważnego, ale hydroksyle sprawiają, że roztwór jest bardziej zasadowy.
Jeszcze jedno pytanie: Dlaczego silne kwasy i silne zasady są tak paskudne? To dlatego, że nie są w równowadze. Albo mają za dużo ładunków dodatnich i szukają ujemnych, żeby wrócić do równowagi, albo mają za dużo ładunków ujemnych i szukają dodatnich, żeby wrócić do równowagi. To czyni je bardzo reaktywnymi na wszystko z czym się stykają. Kiedy pozytywy i negatywy są w równej liczbie, neutralizują się nawzajem.