Zuren, basen, en de pH-schaal
De termen zuur en base beschrijven chemische eigenschappen van veel stoffen die we dagelijks gebruiken. Zure dingen smaken zuur. Basische of alkalische dingen smaken zeepachtig. Sterke zuren zijn bijtend en sterke basen zijn bijtend; beide kunnen ernstige huidbeschadiging veroorzaken die aanvoelt als een brandwond. Milde zuren en basen komen echter veel voor en zijn relatief onschadelijk voor ons. Wat maakt een stof zuur of basisch? De volgende vergelijking is een goede plek om te beginnen:
We beginnen met twee watermoleculen, en schuiven wat waterstofatomen rond. Eén watermolecuul krijgt er een waterstof bij en wordt dus positief geladen, terwijl het andere watermolecuul een waterstofatoom verliest en dus negatief geladen wordt. H3O+ wordt een hydroniumion genoemd, en het maakt dingen zuur. OH- wordt een hydroxylion genoemd en het maakt dingen basisch. In water is er echter een evenwicht tussen hydroniumionen en hydroxylionen, zodat ze elkaars lading opheffen. Zuiver water is niet zuur of basisch; het is neutraal.
Dus hoe wordt iets zuur of basisch? Dat gebeurt als de hydroniums en de hydroxyls niet meer in evenwicht zijn. Als er meer positief geladen hydroniums zijn dan negatief geladen hydroxyls, dan is de stof zuur. Zijn er meer negatief geladen hydroxyls dan positief geladen hydroniums, dan wordt de stof basisch. pH staat eigenlijk voor de “potentiaal (of kracht) van waterstof.”
Note: Soms schrijven mensen H+ als een steno voor H3O+ en dat kan verwarring veroorzaken, want soms als mensen H+ schrijven bedoelen ze echt alleen H+ en niet H3O+. Let daarop, en vraag om opheldering!
Wanneer we zuren oplossen in water, creëren we een overmaat aan hydroniums. Als we basen oplossen in water, creëren we een overmaat aan hydroxyls. Hier zijn twee voorbeelden. Azijn, een zwak zuur, heeft als chemische formule CH3COOH. Wanneer het in water wordt opgelost, wordt het CH3COO- en H+. De H+ ionen combineren met watermoleculen om H3O+ te vormen, zodat de oplossing zuur wordt. Laten we nu eens kijken naar loog, een sterke base met de chemische formule NaOH (natriumhydroxide). Als we NaOH aan water toevoegen, valt het uiteen in Na+ en OH-. De natriumverbindingen doen niets belangrijks, maar de hydroxylverbindingen maken de oplossing meer basisch.
Een laatste vraag: Waarom zijn sterke zuren en sterke basen zo vervelend? Dat komt omdat ze niet in evenwicht zijn. Ze hebben of te veel positieve ladingen en zoeken naar negatieven om weer in evenwicht te komen, of ze hebben te veel negatieve ladingen en zoeken naar positieven om weer in evenwicht te komen. Dit maakt ze zeer reactief op alles waarmee ze in contact komen. Wanneer de positieven en negatieven in gelijke aantallen zijn, neutraliseren zij elkaar.