Οξέα και Βάσεις 🧪

Τα οξέα περιέχονται σε πολλά τρόφιμα, ποτά, φάρμακα και υλικά της καθημερινής μας ζωής. Η ασπιρίνη περιέχει ακετυλοσαλικυλικό οξύ, τα λεμόνια περιέχουν κιτρικό οξύ, το ξίδι περιέχει οξικό οξύ, ενώ η coca-cola περιέχει φωσφορικό οξύ και διοξείδιο του άνθρακα (ένα όξινο οξείδιο). Ακόμα και το στομάχι μας χρησιμοποιεί υδροχλωρικό οξύ για την πέψη.

Ορισμός Οξέων 🍋

Κατά καιρούς έχουν διατυπωθεί διάφορες θεωρίες για το τι είναι τα οξέα:

• Θεωρία Lemery (1675): Ο Γάλλος φαρμακοποιός Lemery συσχέτισε τη χημική συμπεριφορά των οξέων με το σχήμα τους, περιγράφοντάς τα ως ουσίες με «καρφιά» στην επιφάνειά τους, κάτι που δικαιολογούσε, κατά την άποψή του, το γδάρσιμο που προκαλούν στο δέρμα.
• Θεωρία Lavoisier (1787): Ο Lavoisier παρατήρησε ότι η καύση ορισμένων στοιχείων, όπως ο άνθρακας, το θείο και το άζωτο, οδηγεί σε ενώσεις (οξείδια) οι οποίες, όταν διαλυθούν στο νερό, δίνουν οξέα. Έτσι χαρακτήρισε ως οξέα τις χημικές ενώσεις που περιέχουν αμέταλλο και οξυγόνο.
• Θεωρία Arrhenius: Οι σύγχρονες αντιλήψεις για τα οξέα και τις βάσεις έχουν αφετηρία τη θεωρία ηλεκτρολυτικής διάστασης του Σουηδού χημικού Arrhenius. Σύμφωνα με αυτήν, οξέα είναι οι υδρογονούχες ενώσεις που, όταν διαλυθούν στο νερό, δίνουν λόγω διάστασης κατιόντα υδρογόνου $H^+$.

Συμβολισμός και Ονοματολογία Ανόργανων Οξέων 📝

Τα οξέα κατά Arrhenius έχουν τον γενικό τύπο $H_xA$, όπου:

• $A$ είναι ένα αμέταλλο (π.χ. $Cl$) ή μια ομάδα ατόμων, δηλαδή μια ρίζα (π.χ. $SO_4$),
• $x$ είναι ο αριθμός οξείδωσης του $A$.

Ανάλογα με το είδος του $A$, τα οξέα ταξινομούνται σε δύο κατηγορίες:

Μη οξυγονούχα οξέα. Ονομάζονται με πρόταξη «υδρο-» στο όνομα του $A$:

Το υδατικό διάλυμα ενός τέτοιου αερίου παίρνει την κατάληξη «-ικό οξύ»: το υδατικό διάλυμα του αερίου $HCl$, δηλαδή το $HCl(aq)$, ονομάζεται υδροχλωρικό οξύ.

Οξυγονούχα οξέα. Ονομάζονται με το όνομα του $A$ και τη λέξη «οξύ»:

Άλλη Ταξινόμηση Οξέων 📊

Τα οξέα μπορούν να ταξινομηθούν και με άλλα δύο κριτήρια.

Ως προς τον αριθμό $H^+$ που αποδίδουν στα υδατικά τους διαλύματα:

• Μονοπρωτικά (ή μονοβασικά): αποδίδουν ένα $H^+$ (π.χ. $HCl$).
• Διπρωτικά (ή διβασικά): αποδίδουν δύο $H^+$ (π.χ. $H_2SO_4$).
• Τριπρωτικά: αποδίδουν τρία $H^+$ (π.χ. $H_3PO_4$).

Ως προς την ισχύ τους:

• Ισχυρά οξέα: διίστανται (ιοντίζονται) πλήρως σε ιόντα. Παραδείγματα: $HCl$, $HBr$, $HI$, $HNO_3$.

• Ασθενή οξέα: διίστανται μερικώς σε ιόντα, οπότε στο διάλυμα συνυπάρχουν αδιάστατα μόρια και ιόντα. Παραδείγματα: $H_2S$, $HCN$, $H_3PO_4$.

Ένα διάλυμα ισχυρού οξέος παρουσιάζει μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα, ενώ ένα διάλυμα ασθενούς οξέος ίδιας συγκέντρωσης παρουσιάζει πολύ μικρότερη αγωγιμότητα, λόγω της μικρότερης συγκέντρωσης ιόντων στο διάλυμα.

Ορισμός Βάσεων 🧼

Οι βάσεις βρίσκονται επίσης σε πολλά προϊόντα καθημερινής χρήσης. Τα αντιόξινα φάρμακα περιέχουν υδροξείδιο του μαγνησίου, τα αποφρακτικά νιπτήρων περιέχουν υδροξείδιο του νατρίου, ενώ πολλά καθαριστικά σπιτιού περιέχουν αμμωνία.

Σύμφωνα με τη θεωρία Arrhenius, βάσεις είναι οι ενώσεις που, όταν διαλυθούν στο νερό, δίνουν λόγω διάστασης ανιόντα υδροξειδίου $OH^-$.

Συμβολισμός και Ονοματολογία Ανόργανων Βάσεων 📝

Οι βάσεις κατά Arrhenius έχουν κατά το πλείστον τον γενικό τύπο $M(OH)_x$, όπου:

• $M$ είναι ένα μέταλλο (π.χ. $Na$),
• $x$ είναι ο αριθμός οξείδωσης του $M$.

Οι βάσεις (υδροξείδια μετάλλων) ονομάζονται με πρόταξη της λέξης «υδροξείδιο» στο όνομα του μετάλλου. Αν το μέταλλο έχει περισσότερους από έναν αριθμούς οξείδωσης, στο τέλος της ονομασίας μπαίνει λατινικός αριθμός που δηλώνει τον αριθμό οξείδωσης του $M$:

Ταξινόμηση Βάσεων 📊

Ως προς τον αριθμό $OH^-$ που αποδίδουν:

• Μονοϋδροξυλικές (ή μονόξινες): αποδίδουν ένα $OH^-$ (π.χ. $KOH$).
• Πολυϋδροξυλικές (ή πολυόξινες): αποδίδουν περισσότερα από ένα $OH^-$ (π.χ. $Ba(OH)_2$).

Ως προς την ισχύ τους:

• Ισχυρές βάσεις: διίστανται πλήρως σε ιόντα.

• Ασθενείς βάσεις: διίστανται μερικώς σε ιόντα.

Στην περίπτωση της ασθενούς βάσης συνυπάρχουν στο διάλυμα αδιάστατα μόρια και ιόντα, γι' αυτό και το διάλυμα παρουσιάζει σχετικά μικρή αγωγιμότητα.

Όξινος και Βασικός Χαρακτήρας ✨

Ιδιότητες Οξέων 🧪

Τα οξέα παρουσιάζουν κοινές ιδιότητες, τον λεγόμενο όξινο χαρακτήρα, που οφείλονται στην παρουσία κατιόντων υδρογόνου $H^+$ στα υδατικά τους διαλύματα:

• Όξινη γεύση: τα οξέα έχουν ξινή γεύση.
• Αλλάζουν το χρώμα των δεικτών: οι δείκτες είναι ουσίες που αλλάζουν χρώμα ανάλογα με το περιβάλλον. Η φαινολοφθαλεΐνη είναι άχρωμη σε όξινο διάλυμα, ενώ το βάμμα του ηλιοτροπίου γίνεται κόκκινο σε όξινο περιβάλλον.
• Αντιδρούν με μέταλλα: ορισμένα δραστικά μέταλλα αντιδρούν με διαλύματα οξέων ελευθερώνοντας αέριο υδρογόνο:

• Αντιδρούν με βάσεις (εξουδετέρωση): η αντίδραση ενός οξέος με μια βάση δίνει άλας και νερό. Ουσιαστικά είναι η αντίδραση των $H^+$ του οξέος με τα $OH^-$ της βάσης, που σχηματίζουν νερό:

Με λόγια: ΟΞΥ + ΒΑΣΗ $\rightarrow$ ΑΛΑΣ + ΝΕΡΟ.

• Άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα: τα ιόντα που προκύπτουν από τη διάσταση του οξέος είναι φορείς ηλεκτρικού ρεύματος, και η αγωγιμότητα σχετίζεται με την ισχύ του ηλεκτρολύτη. Κατά την ηλεκτρόλυση υδατικού διαλύματος οξέος, απελευθερώνεται αέριο $H_2$ στην κάθοδο (αρνητικό πόλο).

Ιδιότητες Βάσεων 🧪

Οι βάσεις παρουσιάζουν κοινές ιδιότητες, τον λεγόμενο βασικό ή αλκαλικό χαρακτήρα, που οφείλονται στην παρουσία ανιόντων υδροξειδίου $OH^-$:

• Σαπωνοειδής αφή και καυστική γεύση.
• Αλλάζουν το χρώμα των δεικτών: η φαινολοφθαλεΐνη, άχρωμη σε όξινο διάλυμα, αποκτά έντονο ροζ-κόκκινο χρώμα με προσθήκη βάσης.
• Εξουδετερώνουν τα οξέα.
• Άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα: τόσο τα τήγματα των βάσεων όσο και τα υδατικά τους διαλύματα άγουν το ρεύμα. Κατά την ηλεκτρόλυση υδατικού διαλύματος βάσης, απελευθερώνεται αέριο $O_2$ στην άνοδο (θετικό πόλο).

Το pH 🌡️

Το pH εκφράζει πόσο όξινο ή βασικό είναι ένα διάλυμα και παίρνει πρακτικά τιμές από 0 έως 14:

• Ουδέτερα διαλύματα: $pH = 7$ (π.χ. το καθαρό νερό).
• Όξινα διαλύματα: $pH < 7$. Όσο μικρότερη είναι η τιμή, τόσο πιο όξινο είναι το διάλυμα.
• Βασικά διαλύματα: $pH > 7$. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή, τόσο πιο βασικό είναι το διάλυμα.

Διαγραμματικά, η κλίμακα pH μοιάζει έτσι:

Το pH ενός διαλύματος μπορεί να προσδιοριστεί κατά προσέγγιση με τη βοήθεια δεικτών, όπως ο παγκόσμιος δείκτης (universal), που παίρνει διαφορετικό χρώμα ανάλογα με το pH. Η ακριβής μέτρηση γίνεται με ένα όργανο που λέγεται πεχάμετρο.