AlegsaOnline.com

Hape – määratlus ja omadused: pH, tugevad ja nõrgad happed

Hape — määratlus ja omadused, pH selgitus, tugevad ja nõrgad happed, prootonite eraldumine, tüüpilised pH väärtused, aluste roll lihtsasti arusaadavalt

Autor: Leandro Alegsa

21-08-2025

Artikkel andmebaaside teatavate omaduste kohta on aadressil ACID

Mõnikord on hape teine nimetus narkootikumile LSD (Lyserghappe dietüülamiid).

Hape on aine, mis võib loovutada teisele ainele vesinikuiooni (H⁺ ) (üldjuhul on see prooton). Hapete pH on väiksem kui 7,0. Kemikaal võib loovutada prootoni, kui vesiniku aatom on seotud elektronegatiivse aatomiga, nagu hapnik, lämmastik või kloor. Mõned happed on tugevad ja teised on nõrgad. Nõrgad happed hoiavad osa oma prootonitest kinni, tugevad happed aga lasevad need kõik ära. Kõik happed vabastavad lahustesse vesinikioone. Vabanevate ioonide hulk molekuli kohta määrab, kas hape on nõrk või tugev. Nõrgad happed on happed, mis vabastavad osaliselt seotud vesinikuaatomeid. Need happed võivad seega vesinikuioonide dissotsiatsiooni teel alandada pH-d, kuid mitte täielikult. Nõrkade hapete pH väärtus on tavaliselt 4-6, samas kui tugevate hapete pH väärtus on 1-3.

Alus on happe "keemiline vastand". Alus on aine, mis võtab vastu happe vesinikuaatomi. Alused on molekulid, mis võivad vees lõhustuda ja eraldada hüdroksiidioone.

Täpsustused ja laiendused

Keemilised definitsioonid. Happe mõistet saab kirjeldada mitme teooria kaudu:

Arrheniuse teooria: hape on aine, mis suurendab vees vesinikioonide (H⁺) kontsentratsiooni; alus suurendab hüdroksiidioonide (OH^-) kontsentratsiooni.
Brønsted–Lowry teooria: hape on prootoni (H⁺) doonor; alus on prootoni aktseptor. See vaade kehtib ka lahustest sõltumatult ja hõlmab näiteks ammoniaaki (NH₃), mis vees toimib aluse kaudu prootoni vastuvõtjana.
Lewisi teooria: hape on elektronipaari aktseptor; alus on elektronipaari doonor. See on kõige üldisem määratlus ja hõlmab reaktsioone, kus prootonid ei osale.

Hapete tugevus. Happe tugevus ei sõltu üksnes sellest, mitu vesinikuaatomit molekulis on, vaid peamiselt sellest, kui täielikult hape vees dissotsieerub. See kirjeldatakse dissotsiatsiooni konstantiga Ka (ja logaritmiliselt pKa). Suur Ka (väike pKa) tähendab tugevat happet; väike Ka (suur pKa) tähendab nõrka happet. Mõned näited:

Tugevad happed: HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ (neid peetakse vesiikus täielikult dissotseeruvateks paljudes kontsentratsioonides).
Nõrgad happed: CH₃COOH (äädikhape), HF, H₂CO₃ (süsinikhape) — need dissotseeruvad ainult osaliselt.
Polüprootilised happed (nt H₂SO₄, H₃PO₄) annavad mitu järjestikust prootonit, igaühel on oma Ka.

pH ja kontsentratsioon. pH on defineeritud kui pH = -log[H⁺]. See tähendab, et sama happe pH sõltub ka selle kontsentratsioonist. Näiteks 0,1 M tugeva happe (mis dissotseerub peaaegu täielikult) lahus annab ligikaudu [H⁺] = 0,1 M ehk pH ≈ 1. Samas 0,1 M nõrga happe pH võib olla tunduvalt kõrgem (nt äädikhappe 0,1 M lahus annab pH ≈ 2,9, olenevalt Ka väärtusest). Seetõttu ei ole hea öelda, et "tugevate hapete pH on alati 1–3 ja nõrkadel 4–6" — need vahemikud on juhised mõnede tavapäraste kontsentratsioonide puhul, kuid tegelik pH sõltub alati happe kontsentratsioonist ja dissotsiatsiooniasteast.

Hapete ja alustega seotud mõisted. Konjugaatpaarid: kui hape loovutab prootoni, tekib sellest konjugaalalus. Näiteks CH₃COOH ⇌ CH₃COO^- + H⁺. Neutralisatsioonis reageerivad hape ja alus, moodustades soola ja sageli vett (nt HCl + NaOH → NaCl + H₂O).

Kasutusvaldkonnad ja ohutus

Rakendused. Happed on olulised mitmesugustes protsessides: tööstuskeemia (nt väävelhape H₂SO₄ metallide töötlemisel), meditsiin (hapete kasutus farmaatsias), analüütiline keemia (titratsioonid, pH-häälestused), toidutehnoloogia (äädikhape konservides) jm.

Ohutusnõuded. Paljud happed on söövitavad ja võivad põhjustada põletusi või kahju silmadele ja hingamisteedele. Tähtis on:

kanda kaitseprille ja keemiakindlaid kindaid;
töötada hästi ventileeritavas kohas;
hoida happed märgistatult ja sobivates anumates;
neutraliseerida happelised jäätmed sobiva alusega (nt NaHCO₃) enne äraviskamist vastavalt ohutusjuhendile.

Mõõtmine ja analüüs

pH mõõdetakse elektroodiga (pH-meeter) või indikaatoritega (näiteks alla- ja ülessättivad indikaatorlõigud või värvimuutusega paber). Titratsioonide abil määratakse happe tugevust ja kontsentratsiooni, kasutades sobivat aluslahust ja sobivaid näitajaid või pH-mõõtmist pöördepunktil.

Kui soovite, võin lisada näiteid pH-arvutuste kohta tugevate ja nõrkade hapete puhul, seletada Ka-põhiseid arvutusi või koostada nimekirja levinud hapetest koos nende pKa-väärtustega.

Soolhape (keeduklaasis) reageerib ammoniaagi auruga, tekitades ammooniumkloriidi (valge suits).

Happed võivad olla ohtlikud: Aukud paberisse tehti 98%-lise väävelhappega lahusega.

Kuidas happed töötavad

Happed ja alused eksisteerivad tavaliselt koos tasakaalus. See tähendab, et happe proovis loovutavad mõned molekulid oma prootonid ja teised võtavad neid vastu. Isegi vesi on happelise iooni H₃ O⁺ (mida nimetatakse hüdroooniumiooniks) ja aluselise iooni OH^- (mida nimetatakse hüdroksiidiooniks) segu. Hüdroooniumioon loovutab oma prootoni hüdroksiidioonile, moodustades kaks molekuli H₂ O, mis on neutraalne. See reaktsioon toimub veeproovis pidevalt, kuid üldiselt on proov neutraalne, sest proovis on võrdses koguses hüdroniumi ja hüdroksiidi. Enamiku reaktsioonide puhul ei ole aga happeid ja aluseid võrdses koguses ja see tasakaalustamatus võimaldab keemilise reaktsiooni toimumist.

Igal happel on konjugaatbaas, mis moodustub happe prootoni eemaldamisel. Näiteks soolhape (HCl) on hape ja selle konjugaatbaas on kloori anioon ehk Cl^-. Happe ja selle konjugaatbaasi tugevus on vastupidine. Kuna HCl on tugev hape, siis Cl ^-on nõrk alus.

Omadused

Happed võivad olla erineva tugevusega, mõned on reaktiivsemad kui teised. Reaktiivsemad happed on sageli ohtlikumad.

Hapetel võib olla palju erinevaid omadusi sõltuvalt nende molekulaarstruktuurist. Enamikul hapetel on järgmised omadused:

söömisel hapu maitse
võivad puudutusel nahka nõelata.
võib söövitada (või ära süüa) metalle ja nahka.
saab kasutada reaktandina elektrolüüsi käigus liikuvate ioonide olemasolu tõttu
muuta sinine lakmuspaber punaseks
muutuvad universaalsel indikaatoril punaseks või oranžiks
juhivad elektrit

Happed võivad nahka põletada, kusjuures põletuse raskusaste sõltub happe tüübist ja kontsentratsioonist. Need keemilised põletused nõuavad viivitamatut arstiabi.

Kuna happed loovutavad vesinikioone, peavad kõik happed sisaldama vesinikku.

Hoiatuspilt, mida kasutatakse koos ohtlike hapete ja ohtlike alustega. Alused on hapete vastandid.

Tähtsus

Happed on olulised. Nukleiinhapped, nagu DNA ja RNA, sisaldavad geneetilist koodi. Need molekulid määravad paljud organismi omadused, need antakse vanematelt järglastele edasi. DNA sisaldab plaane, kuidas ehitada valke, mis koosnevad aminohapetest.

Rasvhapped ja rasvhapete derivaadid on veel üks karboksüülhapete rühm, mis mängib bioloogias olulist rolli. Need sisaldavad pikki süsivesinike ahelaid ja karboksüülhappe rühma ühes otsas. Peaaegu kõigi organismide rakumembraan koosneb peamiselt fosfolipiidide kahekihilisest kihist, mis on hüdrofoobsetest rasvhappeahelatest koos polaarsete, hüdrofiilsete fosfaat-"peagruppidega" koosnev mikrell.

Inimestel ja paljudel teistel loomadel on soolhape osa maos erituvast maohappest. See aitab hüdrolüüsida valke ja polüsahhariide. Samuti võib see muuta inaktiivse pro-ensüümi pepsinogeeni ensüümiks pepsiin. Mõned organismid toodavad hapet kaitseks; näiteks sipelgad toodavad sipelghapet ja kaheksajalgsed toodavad musta hapet nimega magneta.

Enamikku hapetest võib leida loodusest. Mõned neist on järgmised:

Äädikas on ilmselt üks tuntumaid; see sisaldab äädikhapet, mis annab talle oma tuntud maitse.
Lämmastikhape, NHO₃ on tuntud umbes 13. sajandist alates.
Sidrunhappeid, C ₆H₈ O ₇võib leida paljudes puuviljasortides. Need avastas tõenäoliselt Geber 8. sajandil.
Piimhappe, C ₃H₆ O₃ leidis Carl Wilhelm Scheele 1780. aastal. Seda võib leida hapupiimatoodetes, näiteks jogurtis.
Väävelhappe, H₂ SO₄ avastas tõenäoliselt Geber. Tänapäeval võib seda leida patareides.

Seotud leheküljed

Leelismetallid
Foolhape

Küsimused ja vastused

K: Mis on HAPU?

V: ACID on artikkel, mis käsitleb andmebaaside teatud omadusi.

K: Mis on hape üldiselt?

V: Hape üldiselt on aine, mis võib loovutada teisele ainele vesinikuiooni (H+), mille pH on alla 7,0.

K: Millistel tingimustel võib kemikaal loovutada prootoni?

V: Kemikaal võib loovutada prootoni, kui vesiniku aatom on seotud elektronegatiivse aatomiga, nagu hapnik, lämmastik või kloor.

K: Mis vahe on tugevate hapete ja nõrkade hapete vahel?

V: Tugevad happed lasevad ära kõik oma prootonid, samas kui nõrgad happed hoiavad osa neist kinni. Ühe molekuli kohta vabanevate ioonide hulk määrab, kas hape on nõrk või tugev.

K: Milline on nõrkade ja tugevate hapete pH-vahemik?

V: Nõrgad happed on tavaliselt pH-väärtusega 4-6, samas kui tugevate hapete pH-väärtus on 1-3.

K: Mis on alus?

V: Alus on happe "keemiline vastand". Alus on aine, mis võtab vastu happe vesiniku aatomi. Alused on molekulid, mis võivad vees lõhustuda ja eraldada hüdroksiidioone.

K: Mis on LSD?

V: LSD (lüserghappe dietüülamiid) on narkootikum, mida mõnikord nimetatakse happeks, kuid see ei ole käesolevas artiklis mainitud happega seotud.