A sav egy tág értelemben vett szervetlen vagy szerves kémiai vegyület- akceptor az elektronikus dublettek számára . Ez általában egy tipikus reakció különböző oldószerekben , különösen elengedi a hidrónium ionok a vízben .
A savak gyakran úgy bocsátanak ki energiát, hogy más kémiai vegyületeket neveznek bázisoknak (az ókori alkáliáknak ), amelyek maguk is elektronikus dubletteket adnak, és képesek a vízben lévő hidroxil-iont részben vagy egészben előállítani. Az erős savak oldószerben adott közegben teljes reakciókat indítanak el és gyorsan átalakítják az oldószert savasabb formájává; a gyenge savak hozzájárulnak az egyensúlyi reakciókhoz . A több savfunkció létezése ugyanazon kémiai vegyületen belül jellemzi a polisavakat .
Under Bronsted-Lewis-elmélet, a pH-ja egy oldatot kapunk feloldásával egy savval vízben kisebb, mint hét.
A savak az ókor óta ismertek a fémek oldására való képességükről , valamint, még homályosabban Lavoisier előtt , a lúgos oldatok semlegesítésének képességéről. A brit kémikus Boyle „S azonosítható a XVII edik században a képességüket, hogy vörösödés lakmuszpapír, hanem azok meglepő teljesítménnyel, hogy kicsapjuk a kén annak lúgos oldatok.
A sav első meghatározása láthatóan érzékszervi eredetű , amint azt a görög-római világ is bizonyítja a latin ăcǐdus jelzővel , jelentése „savanyú, csípős és ezért savas”, és átvitt értelemben már „savas, kellemetlen”.
Ókor fogalmát használja a sav, különösen a rómaiak között, akik használják a szót acetum beszélni a sav a bor vagy aceti vinum (analóg ecet), innen a kifejezés ecetsav . Indiai alkimisták is tudta, hogy ez a koncepció van jelen a XII th század ie. Kr . Az alkímiáról, a Rasārṇaváról vagy a fémes készítmények szerződéséről szóló értekezésben . A görögöknél a savasságot az éles atomoknak tulajdonítják. Ez a nézet a XVIII . Századig tartott .
A középkori alkimisták is hozzájárultak e fogalom megértéséhez, különösen savak előállításával. A perzsa Alchemist (vagy arab források szerint) Jabir Ibn Hayyan tudta, hogyan kell szintetizálni kénsavval és használja, hogy készítsen sósavval . Számos alkímiai értekezés elmagyarázza, hogyan kell desztillálni az ecetsavat ecetből, vagy salétromsavat a salétromból . Lásd például a De secretis Naturae című traktátust, amelyet Raymond Lulle katalán filozófusnak és alkimistának , vagy a katalán Ramon Llull-nak tulajdonítottak.
A modern korszak, amely a kémia szempontjából Lavoisierrel zárul le, szintén számos előrelépést tapasztalt a savasság fogalmában. Számos ásványi sav szintézisét fejlesztik vagy fejlesztik. A Basile Valentinnak tulajdonított Letztes-testamentum értekezésében a kénsav és a sósav szintéziseit írják le. Johann Rudolf Glauber (1604-1670) vegyész , a korabeli kémia előfutára számos sav, így a sósav szintézisét is javította. Elméleti szempontból Nicolas Lémery (1645-1715) mindig azzal magyarázza a testek savasságát, hogy éles részecskéket tartalmaznak, amelyek szúrják a nyelvet. Robert Boyle fizikus és vegyész 1675-ben a savak és bázisok néhány általános tulajdonságát megadta, például az ételek savanyú ízét, oldószerként kifejtett hatásukat és számos kémiai tulajdonságot. Ennek az időszaknak a végén Joseph Black angol vegyész felfedezte a szén-dioxid (levegősav) savas tulajdonságait és reakcióját számos bázissal, például magnézium- MgO-val.
A savasság első elmélete Lavoisier- nek köszönhető, aki a savat oxigént tartalmazó vegyületként definiálja.
„Láttuk, hogy a légkör levegője főleg két légnemű folyadékból vagy gázból állt, az egyik lélegző, amely képes fenntartani az állatok életét, amelyben fémeket kalcinálnak és éghető testek éghetnek; a másik, amelynek teljesen ellentétes tulajdonságai vannak, amelyeket az állatok nem tudnak lélegezni, amelyek nem támogatják az égést stb. A levegő lélegző részének alapját oxigén névvel láttuk el, amely két általam generált görög ς, acid, γείνομαι szóból származik, mert ennek az alapnak az egyik legáltalánosabb tulajdonsága, hogy savakat képez a legtöbb anyagok . "
- Lavoisier, Elemi értekezés a kémiáról, 1864 (1789).
Amit Lavoisier ír, az mindaddig helyes, amíg a "legtöbb anyag" nemfém, például N és P, amelyek égéskor nitrát-, foszforsav- stb. Adják, de gyorsan helytelennek bizonyultak olyan elemekkel, mint a kalcium és a magnézium, mivel mészt (CaO) adnak , magnézia (MgO), amelyek bázisok.
Carl Wilhelm Scheele új savakat, vagy a már ismert savak új készítményeit fedezi fel: barit (BaO), fluorsav (CaF 2-ból és kénsavból), foszforsav (os-ból), arzén, molibdinsavak stb.
Humphry Davy kiterjesztette Lavoisier elméletét azzal, hogy meghatározta, hogy az alap egy fém és oxigén kombinációja.
Röviddel ezután Jöns Jacob Berzelius , akit Lavoisierrel a modern kémia megalapítójának tartanak, egyesíti a savakkal és bázisokkal kapcsolatos munkát azzal, hogy javaslatot tesz egy elektrokémiai elméletre, amely meghatározza a sót egy sav és egy bázis hatásának eredményeként.
1838-ban Justus von Liebig folytatta Davy és Dulong elméletét a hidrogén fontosságáról a savakban. Leibig esetében a sav olyan test, amely egy fémet hidrogénnel helyettesíthet. Például az AH egy sav, ha lehetővé teszi a Na + kiszorítási reakcióját.CH 3 COONa+ AH → CH 3 COOH + NaA
A savasságot ezután Svante Arrhenius határozta meg a XIX . Század végén : a sav olyan kémiai vegyület, amely protonok (H + ionok ) képződésére képes vizes oldatban, és egy bázikus vegyület, amely felszabadíthatja az ionok hidroxidját (HO - ) vizesoldat. De ez a meghatározás nem általános, elég, és nem magyarázza a bázicitása bizonyos kémiai vegyületek, amelyek nem bocsátanak ki HO - vizes oldatban.
A pH- teszteknek köszönhetően kísérletileg könnyen felismerhetjük a savat Arrhenius értelmében . Egy savas oldat pH-ja 25 ° C- nál kevesebb, mint 7 . Minél alacsonyabb a pH, annál erősebb a savasság. A pH méréséhez különböző teszteket hajthat végre: pH-papírok, színes indikátorok, pH-mérő használata , vörös káposzta levelek stb.
Joannes Brønsted elsőként teoretizálta a savasságot azzal a lehetőséggel, hogy az összes savval kvantitatív kezelést végezhet. Az 1923-ban megállapított Brønsted-Lowry elmélet szerint a sav olyan faj, amely képes felszabadítani egy protont , és bázisa minden olyan fajnak, amely protont képes megfogni.
Megjegyzések:
A sav meghatározása Brønsted elméletében azt jelenti, hogy fel tud adni egy protont az alapformájának megadásához, és fordítva, amely akkor alakulhat ki, amikor alapformája rögzíti a protont. A sav-bázis pár fogalma tehát szorosan kapcsolódik Brønsted definíciójához.
Sav-bázis reakció:
Brønsted egyensúly:
A sav és egy bázis között lejátszódó reakciókat "sav-bázis reakciónak" vagy "sav-bázis reakciónak" nevezzük.
Ebben az elméletben a víz autoprotolízisét a savas víz (vagyis a H 3 O + / H 2 O páros bázikus formájának ) és a bázikus vízzel (vagyis a a pár H 2 O / HO - ). A víz tehát amfolit .
Ennek az elméletnek két előnye van Arrhenius elméletével szemben:
Lewis (1923) meghatározása általánosabb, mint Brønsted. Ezen meghatározás szerint a sav olyan kémiai vegyület, amely a reakció során képes elfogadni egy elektronpárt (dublett):
Megjegyzések:
A savak lehetnek:
A vízben lejátszódó reakciókat gyakran Brønsted elméletével kezelik. A savat az AH (vagy AH + ) általános képlettel lehet ábrázolni .
Megkülönböztetünk gyenge savakat és erős savakat . Ez utóbbiakra az a jellemzõ, hogy vízbe juttatva az AH entitás nem létezik oldatban, mert a vízzel való reakció teljes és az oldószer H 3 O + ionját hozza létre .
Az erős savak, találunk hidrokarbil-halogenideket (például a hidrogén-halogenidek HCI , HBr , HI ) és oxoacids (-molekulák, amelyek központi atomként egy magas oxidációs fok körül oxigén atomok , például: salétromsav , kénsav , perklórsav , permangánsav ).
Ez egyenértékű az „erős” savról / bázisról és a „teljesen disszociált” savról vagy bázisról. Minél több a reakció közötti AH és H 2 O alább jobbra tolódott, annál erősebb a sav (és a kevésbé gyenge). Néhány sav, például a sósav, teljesen jobbra tolja a reakciót. Ilyen savak tehát nem léteznek a vízben.
Gyenge savak vannak besorolva ( hangyasav , ecetsav ) alapján savasságot konstans . Ezt úgy definiáljuk, mint a Bronsted egyensúlyi állandó, amelynek reaktánsok a HA sav és az oldószert (például vizet H 2 O), és a termékek: a konjugált bázis A - és sav formában oldószer (például H 3 O + ).
AH + H 2 O = A - + H 3 O +
A vízben a savasságot a pH-skála segítségével mérjük. Ezt a skálát általában 0 és 14 között tartják, a nagyon savastól a nagyon lúgosig. Ezek az értékek nem önkényes, azok megfeleljenek a oldat pH-jának, amelyben az aktivitást (az egyszerűség kedvéért: a koncentráció) az oldószer a sav H 3 O + és a bázis az oldószer HO - valens 1 mol · L -1 . A víz egyszerre gyenge sav és gyenge bázis (azt mondjuk, hogy a víz amfolit vagy amfoter ).
Általában összehasonlítjuk a savak "erősségét":
A vízben található bármely erős sav reagálva teljesen H 3 O + -iont ad . Ezeknek a savaknak az ereje ezért nem összehasonlítható. Ezt a jelenséget savak oldószeres kiegyenlítésének nevezzük .
A teljesen disszociált savak / bázisok „erősségének” összehasonlításához a vízen kívüli oldószert ( pl. Etanol ) kevésbé reaktív, vagyis kevésbé lúgos, etánsavat kell használni. (Tiszta) savasabb, mint a víz, stb. .
A vízben a legerősebb sav a H 3 O + ( vizes H + ), a legerősebb bázis pedig a HO - . Nem szabad megfeledkezni arról, hogy ezek a jelölések (H 3 O + és HO - ) csak a rendszer sematikus egyszerűsítését jelentik. A valóságban, mind H + és HO - körül egy szolvatációs gömb (több vízmolekulát , poláros , így elektrosztatikus-szerű kötést az ionok ). Szigorúbb jelölésnek kell tehát lennie H (H 2 O) n + és HO (H 2 O) n - . Ez a szigorúbb jelölés azonban nem járul hozzá a sav-bázis jelenségek megértéséhez.
Brønsted elmélete más oldószerekre is általánosít.
A protikus oldószerek képesek H ion + ( Hydron ) adására és fogadására , amelyet általában protonnak hívnak (ezért a "protikus oldószer" kifejezés). A protikus oldószereket az autoprotolízis egyensúlyuk és ennek az egyensúlyi állandónak a jellemzi.
Például :
Ezekben az oldószerekben a sav-bázis pár fogalmát ugyanúgy definiálják. A protoncserék mindig a pár savas vagy bázikus formája és az oldószer (vagy az autoprotolízis egyensúlyából származó ionok) között zajlanak. Egyes párok vízben és más oldószerekben léteznek, de mások vízben és más oldószerben nem, vagy fordítva. Például :
Sok oldószer nem képes protonokat vagy más részecskéket cserélni. Ez a helyzet például a szénhidrogénekkel. Ebben az esetben a savakat és bázisokat nem lehet kiegyenlíteni. Mivel ezek az oldószerek gyakorlatilag nem oldják fel az ionokat, az egyensúlyi viszonyok (például HCl / Cl - ) alig mozdulnak el a Cl - képződésének irányában .
Oldószerek, amelyek a H + -tól eltérő részecskéket cserélnekEgyes oldószerek a protonokon kívül más részecskéket is kicserélhetnek. Kívül vannak a Brønsted-elmélet hatókörén, és az oldószerrendszer elméletének keretében kell kezelni őket . Például egy olyan oldószerben, mint a BrCl 3 , az autoprotolízisnek megfelelő egyensúlyt írják fel:2BrCl 3 = BrCl 2 + + BrCl 4 -
Az ebben az oldószerben hozzáadott faj sav, ha hozzájárul a BrCl 2 + -ionok koncentrációjának növekedéséhez . Ez egy alap, ha segít növelni a BrCl 4 - ionok koncentrációját . Például :
Egyéb részecskék lehet cserélni, mint például a -oxid -ion . Így NO 2 -vel megkapjuk a 2 NO 2 → NO 3 - + NO + reakciót, amely egy O 2- ion transzferjének tekinthető, ez a Lux-Flood savak meghatározása. Ezután meghatározhatunk egy bázist O 2 -ion donorként (elektronban gazdag) és egy savat O 2- ion akceptorként . Más esetekben ez egy F - ion transzfer . Az oldatban lejátszódó reakciók ilyen típusú felfogása fontos szerepet játszik a kohászatban és a kőzetek vizsgálatában (lásd alább).
A Flood sav olyan O 2- oxid-akceptor . A kőzettan szerint azt mondjuk, hogy egy kőzet savas, ha több mint 65% szilícium-dioxidot tartalmaz . Ez a szabály tükrözi a Lux-Flood savak meghatározását: az ásványi szilícium-dioxid, SiO 2, Jó akceptor a-oxid ion O 2- , valószínűleg létrehoz a tetraéderes szilikát ion SiO 44- , a kovasav savas.
Néha egyszerű alkalmazás a kovasav képződése .
Szilárd SiO 2 támadható felülettel, rosszul stabilizált üveg + H 2 O folyékony tiszta és agresszív víz = H 2 SiO 3 oldható és szolvatált
Ha a szilícium-dioxidban gazdag kőzetek savasak, mint a riolit vagy a gránit, akkor a szilícium-dioxidban szegény és a mészben gazdag CaO vagy magnézium MgO kőzetek viszont bázikusak.
Ez fontos a magmák viselkedésének megértéséhez (különösen a vulkánokban ), és amikor fel akarunk oldani egy kőzetet elemzés céljából, például egy savban való oldódást ICP elemzés céljából, vagy egy üvegben történő feloldást röntgen fluoreszcencia spektrometriás elemzés céljából ( úgynevezett „ olvadt gyöngy ” technika ).
Ez utóbbi alkalmazásnál a savasságot gyakran a savasság számával becsüljük meg , amely az oxigénatomok száma elosztva a többi atom számával ; például a SiO 2 savszáma 2, a CaCO 3 savszáma 1,5.
A savas ízt bizonyos PKD2L1 receptorok ismerik fel, amelyek valószínűleg érzékenyek a H + -ionok vagy bizonyos ciklikus nukleotidok jelenlétére . Néhány tanulmány ellenére ma már tudjuk, hogy elismerése független a sós íz felismerésétől. Ezek a receptorok fontos fiziológiai szerepet játszanak a test többi részén is, és bizonyos sejtek felületén expresszálódnak a vér CO 2 -szintjének vagy a cerebrospinalis folyadék mennyiségének szabályozására .
A savas oldatok egyik fő tulajdonsága, hogy nagyszámú anyagot képesek feloldani . Az oldóerő a sav koncentrációjától, valamint az anyag és a sav kémiai jellegétől függ.
A fém , ha a páros kation / az említett fémből származó fém redoxpotenciálja kisebb, mint 0, savas oldatokban nem stabil, ezért oxidálódnak (vagyis egy vagy több elektron elvesztésével ionizálódnak ); a fémion ezután oldott ( szolvatált ) formában maradhat , vagy egy vagy több oxigénionnal kombinálva oxidot képezhet . A savasság a vizes korrózió egyik fontos paramétere . A fémek kioldódását a művésésben használják, ez a maratás technikája ; a metallográfiában is használják a hibák (például szemcsehatárok ) feltárására .
A mészkő könnyen oldódik gyenge savakkal; a csapokat citromlével ( citromsav ) vagy ecettel ( ecetsav ) tisztítják .
A poharakat fel lehet oldani fluorsavval , de ennek a savnak a kezelése rendkívül veszélyes a fluoridionok jelenléte miatt .
A koncentrált savak égési sérüléseket okozhatnak a bőrön és a nyálkahártyákon (szem, orr, száj). Savas égés esetén:
A tömény savak használatát mindig képzett és felszerelt embereknek kell végezniük (laborköpeny, kesztyű, szemüveg), motorháztető alatt .
Íme néhány fő sav: