5.6 Kisline, baze in soli

Solatni kis, limonov sok, kislo mleko ali kisla jabolka vsebujejo kisline. Kisline so prisotne v hrani in v številnih proizvodih, ki jih uporabljamo v različne namene. Tudi prebavljanje hrane v našem želodcu poteka ob prisotnosti kisline. Pomembne so tudi v industriji.

• Če v kislinah raztopimo kovino, se sprošča plin vodik.
• Če jih pomešamo z bazami, se njihova kislost zmanjša.
• Vodne raztopine kislin prevajajo električni tok (nekatere bolj, druge manj).

ALI VEŠ?
Človek je sposoben z jezikom prepoznati štiri okuse: kislo, slano, grenko in sladko.

Baze so v naravi manj pogoste kot kisline. Nekatere bazične snovi najdemo v rastlinah. Take snovi imajo pogosto omamen učinek in so za zdravje izredno nevarne. Imenujemo jih alkaloidi (nikotin, morfij, kokain, atropin). Rastlinski pepel, v katerem sta kalijev karbonat in natrijev karbonat, so že naše babice uporabljale za pranje perila. Kasneje so rastlinski pepel nadomestili z milom, ki ga pridobivajo iz baze, natrijevega hidroksida in maščob. Baze so grenkega okusa.

• Njihovo bazičnost lahko zmanjšamo z dodatkom kislin.
• Če pomešamo vodni raztopini kisline in baze ter odparimo vodo, dobimo sol.
• Vodne raztopine baz so tako kot kisline prevodniki električnega toka.

Kisline in baze se med seboj zelo razlikujejo. V primeru ravnanja s kislinami ali bazami pa velja enako: s snovmi, ki vsebujejo kisline ali baze, moramo ravnati izjemno previdno in upoštevati stroge varnostne ukrepe.

Vodne raztopine kislin, baz in soli, ki prevajajo električni tok, imenujemo elektroliti.

Kako razložimo različno prevodnost raztopin? Raztopina je prevodna, če vsebuje nabite in prosto gibljive delce – ione, ki so nosilci električnega naboja. Poenostavljeno rečeno – čim več je v raztopini prisotnih ionov, bolje raztopina prevaja električni tok.

ALI VEŠ?
Egipčanska kraljica Kleopatra je v kozarec vina položila enega izmed svojih dragocenih biserov in s tem nevtralizirala preveč kislo vino. Etanol prisoten v vinu se pri kvarjenju vina pretvarja v etanojsko kislino, vino postane kislo. Biser, ki je pretežno iz kalcijevega karbonata, pa je reagiral z etanojsko kislino, zato se je kislost vina zmanjšala.

Leta 1923 sta danski znanstvenik Johannes Brønsted in Anglež Thomas Lowry izboljšala in razširila do tedaj obstoječo definicijo kislin in baz.

ALI VEŠ? 
Arhenius je potrdil, da mnoge spojine v vodi razpadejo (uporabil je izraz disociirajo) na pozitivne in negativne ione.

ALI VEŠ?
Par baza-kislina, ki je povezan s prenosom protona, imenujemo konjugirani par.

V mnogih primerih so posamezne molekule ali ioni lahko baze, v drugih protolitskih reakcijah pa tudi kisline. Pravimo, da so amfiprotične. Molekula vode (H₂O) je kislina v reakciji z amonijakom (NH₃).

Reakcijo prehoda protona (H⁺) od kisline na bazo imenujemo protolitska reakcija ali protoliza.

ALI VEŠ?
Amfolit je snov, ki je lahko v enem primeru kislina in v drugem primeru baza. Primer je voda.

ALI VEŠ?
Znanstveniki so mravljinčno ali metanojsko kislino nekoč pridobivali na zelo nenavaden in danes nesprejemljiv način – tako da so prekuhavali mravlje. Mravlje imajo to kislino v zadku.

Oksokisline so kisline, ki poleg vodika in drugega elementa vsebujejo še kisik. Formula spojine ima obliko H_xA_yO_z. Ime take kisline tvorimo iz slovenskega imena osrednjega elementa, ki smo ga v formuli označili s črko A, npr. H₃PO₄ − fosforjeva kislina. Na koncu v oklepaju podamo še oksidacijsko število tega elementa. V tem primeru bo to fosforjeva(V) kislina.

Takoj po rojstvu je vrednost kože pH blizu nevtralne vrednosti 7. Zaradi tega je otroška koža zelo občutljiva in odpornost proti okužbam je manjša. Pozneje se na koži tvori kislinska plast, ki ščiti pred kožnimi boleznimi. Vrednost pH kože odraslih je med 4,1 in 5,7. S staranjem pa se pH vse bolj in bolj približuje nevtralni vrednosti (pH = 7).

ALI VEŠ?
Vrednost pH ima lahko tudi odločilno vlogo pri spočetju. Vrednost pH semenske tekočine je v bazičnem območju med 7,2 in 8,0 in tako delno zaščiti semenčice pred vaginalno tekočino, ki ima vrednost pH med 3,8 in 4,5.

Kemijski reakciji kisline z bazo rečemo nevtralizacija. Pri tem nastaneta voda in sol.

Zgornja enačba ne prikaže pravega dogajanja v vodni raztopini. Tako HCl(aq) kot NaOH(aq) sta v vodni raztopini namreč v ionski obliki: H⁺(aq), Cl^–(aq), Na⁺(aq) in OH^–(aq).

Reakcijo lahko zapišemo:
H⁺(aq) + Cl^–(aq) + Na⁺(aq) + OH^–(aq) → Na⁺(aq) + Cl^–(aq) + H₂O(l)

Iona Na⁺(aq) in Cl^–(aq) sta na levi in desni strani kemijske enačbe in v kemijski reakciji ne sodelujeta; zato ju ne upoštevamo v kemijski enačbi.

Napišemo kemijsko reakcijo, ki dejansko poteka: H⁺(aq) + OH^–(aq) → H₂O(l) oziroma H₃O⁺(aq) + OH^–(aq) → 2H₂O(l)

Ker poteka le reakcija med ioni, tej reakciji pravimo ionska reakcija.

Najpogostejše soli in kisline, iz katerih so soli nastale, so podane v spodnji preglednici.

ALI VEŠ?
V procesu nevtralizacije odvečne kisline v želodcu različna sredstva blažijo bolečine v želodcu tako, da nevtralizirajo odvečno želodčno kislino. Vsebujejo natrijev ali magnezijev karbonat. Pri reakciji karbonata s kislino nastaja plin ogljikov dioksid, ki izhaja iz želodca, kar občutimo kot spahovanje. Prvotna pH-vrednost v želodcu (med 0,8 in 1,5) se pri reakciji lahko spremeni do nevtralne pH-vrednosti. Terapevtsko najugodneje je, da se pH-vrednost v želodcu ustali med 3 in 4. Višje pH-vrednosti povzročijo, da encimi v želodcu ne delujejo več, s tem pa se poruši naravni obrambni mehanizem želodca.

Cvetove hortenzije lahko občudujemo v modri ali rožnati barvi. Sprememba barve cvetov hortenzije je posledica barvil, ki so prisotna v tej rastlini; ta pa spreminjajo barvo glede na to, kako kisla oziroma bazična je zemlja, v kateri rastlina raste. Hortenzijo bi lahko upravičeno uporabili za pokazatelja kislosti oziroma bazičnosti zemlje, saj rožnati cvetovi uspevajo v bazični zemlji, modri pa v kisli.

• Barvila, ki spreminjajo barvo v odvisnosti od kislosti oziroma bazičnosti raztopin, so pokazatelji ali indikatorji (iz lat. indicare – pokazati, prikazati).
• Z indikatorji ugotovimo, ali je raztopina kisla, bazična ali nevtralna.

Najpogosteje uporabljeni indikatorji in njihove barvne spremembe v raztopinah kislin, baz in soli so predstavljeni v preglednici.

ALI VEŠ?
Indikatorja fenolftaleina ne moremo uporabljati za določevanje kislih in nevtralnih vodnih raztopin, ampak samo kot indikator za baze.

ALI VEŠ?
Poleg rdečega zelja poznamo tudi druge naravne indikatorje, na primer iz rdeče pese, črnega ribeza in robidnic.

Z univerzalnim indikatorjem lahko ocenimo pH-vrednost vodnih raztopin.

• Univerzalni indikator je mešanica barvil.
• Vsako barvilo spremeni barvo pri točno določeni pH-vrednosti.
• Na območju pH-lestvice tako sestavimo celotno barvno lestvico, s katero nato preiskovanim raztopinam precej natančno določamo pH-vrednosti.

Pomanjkljivost tega načina je, da vodne raztopine snovi ne smejo biti obarvane, saj bi njihova barva ovirala natančno določanje pH-vrednosti z barvno lestvico univerzalnega indikatorja.

Z indikatorji, kot so npr. lakmus, fenolftalein, metiloranž, lahko ugotovimo, ali je vodna raztopina snovi kisla, bazična ali nevtralna. Z navedenimi indikatorji pa ne moremo natančno opredeliti, kako kisla oziroma kako bazična je neka raztopina. Kislost ali bazičnost raztopin nam podaja pH-lestvica.

• S pH-lestvico merimo, kako kisla oziroma kako bazična je neka vodna raztopina snovi.
• V pH-lestvici vrednosti naraščajo od 0 do 14.

Močne kisline so tiste kisline, kjer vse molekule v vodi popolnoma razpadejo na ione, npr. klorovodikova kislina (HCl), dušikova kislina(V) (HNO₃), žveplova(VI) kislina (H₂SO₄). Več kot je oksonijevih ionov v raztopini, bolj je raztopina kisla, tem nižji je njen pH. Kisline, kjer razpade zelo malo molekul na ione, so šibke kisline.

Šibke kisline so npr. ocetna kislina (CH₃COOH), fosforjeva(V) kislina (H₃PO₄), fluorovodikova kislina (HF).

Močni bazi sta npr. natrijev hidroksid (NaOH) in kalijev hidroksid (KOH), ki v vodi popolnoma razpadeta na ione. Šibke baze v vodi le deloma razpadejo na ione, npr. amonijak (NH₃).

Za raztopine, ki imajo pH-vrednost od 0 do 7, rečemo, da so kisle. Za raztopine, ki imajo pH-vrednost od 7 do 14, rečemo, da so bazične. Čista voda ima pH-vrednost približno 7, zato rečemo, da je nevtralna.

Pridobivanje električne energije v termoelektrarnah, v katerih kurijo s premogom, ki vsebuje veliko žvepla, povzroča stalno onesnaževanje ozračja in negativne posledice za okolje.

Žveplo iz premoga zreagira s kisikom iz zraka in pri tem nastane plin, žveplov dioksid (SO₂). Žveplov dioksid lahko reagira postopno s kisikom iz zraka. Nastane žveplov trioksid (SO₃), ki z vodo tvori žveplovo(VI) kislino (H₂SO₄).

Če vrednost pH dežja pade pod 5,6, govorimo o kislem dežju. Kisli dež je torej posledica raztapljanja žveplovih oksidov v padavinah, kot so dež, sneg in megla.

Poleg žveplovega dioksida pa so povzročitelji kislega dežja tudi dušikovi oksidi (NO_X), katerih najpogostejši vir je promet. Ti plini z raztapljanjem v padavinah tvorijo dušikovo(V) kislino (HNO₃), ki se ravno tako nahaja v kislem dežju.

• Tudi oksidi drugih nekovin pri raztapljanju v vodi dajejo kisle raztopine. P₄O₁₀(s) + 6 H₂O(l) → 4 H₃PO₄(aq)

• Kovinski oksidi pri raztapljanju v vodi dajejo bazične raztopine. CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq)

Reakcije med ioni (kationi, anioni) so precej hitre in pogosto hitro dosežejo ravnotežje; imenujemo jih ionske reakcije.

Raztopine elektrolitov (kislin, baz in soli) vsebujejo hidratirane pozitivne katione in negativne anione (močni elektroliti). Lahko pa so poleg teh prisotne tudi hidratirane molekule nedisociiranega topljenca (šibki elektroliti). Ioni se v raztopini neurejeno prosto gibljejo, hitreje pri višji temperaturi.

Ker so ioni hidratirani, je privlak med njimi manjši. Tudi če med seboj trčijo, ni nujno, da nastane nova spojina oziroma da se začne kemijska reakcija.

Do kemijske reakcije oziroma do nastanka nove spojine med ioni pride le v treh primerih:

• če iz ionov nastane trdna snov, bodisi ionski kristal ali amorfna snov, ki je v vodi netopna – oborina;
• če iz posameznih ionov nastanejo molekule (nastale molekule lahko v hidratirani obliki ostanejo v raztopini), v tem primeru govorimo o nastanku slabo disociirane snovi;
• če nastane plin, v tem primeru molekule plina zapustijo raztopino.

V nekaterih primerih lahko do ionske reakcije pride tudi, ko nastane topna kompleksna spojina.

ALI VEŠ?
Hidratirani ioni so ioni, obdani z molekulami vode.

V raztopini so prisotni hidratirani ioni: Ba2⁺(aq), 2 Cl^–(aq), 2 Na⁺(aq), SO₄2^–(aq) Med seboj bi lahko reagirali le ioni Ba²⁺ in SO₄^2– ter ioni Na⁺ in Cl^–. Toda trdni ionski kristal NaCl(s) ne nastane, ker je NaCl v vodi dobro topen. V raztopini so prisotni le ioni Na⁺ in Cl^–, reagirajo pa barijevi kationi in sulfatni(VI) anioni – nastane bela trdna snov (oborina) barijevega sulfata(VI). Topnost BaSO₄ v vodi je izredno slaba, pravimo, da je v vodi tako rekoč netopen.

Reakcijo lahko napišemo z ustreznimi formulami:

Ali pa zapišemo ionsko reakcijo, ki dejansko poteka:

Če hočemo napovedati tovrstno ionsko reakcijo, moramo poznati topnosti posameznih spojin.

Vodni raztopini natrijevega hidroksida (NaOH) dodamo vodno raztopino klorovodikove kisline (HCl). To je tipičen primer nevtralizacije baze s kislino. Reakcija je rahlo eksotermna, toda katera reakcija sploh poteka? Ker sta tako NaOH kot HCl močna elektrolita, imamo v vodni raztopini ione: Na⁺(aq), OH^–(aq), H⁺(aq), Cl^–(aq).

Edina reakcija, ki poteka, je med H⁺(aq) in OH^–(aq), tako da nastanejo molekule H₂O. H₂O je slabo disociirana snov. Ionsko enačbo lahko zapišemo v obliki formul:

Zapišemo lahko tudi enačbo ionske reakcije, ki dejansko poteka:

Ker pa so slabo disociirane snovi vsi šibki elektroliti (kisline in baze), potekajo tovrstne ionske reakcije tudi v primerih, ko lahko nastanejo šibki elektroliti.

ALI VEŠ?
V gospodinjstvu natrijev hidroksid (NaOH) uporabljamo za odmašitev vodnih odtokov. Lahko ga kupimo v obliki kristalov ali pa v obliki gela. V odtočni cevi se namreč naberejo mastne obloge. NaOH pretvori mastno oblogo v vodotopno milo, ki ga lahko odplaknemo z veliko vode. Raztopi lahko tudi beljakovine, ki so v laseh in tako odpravi mastne obloge iz las, ki po navadi zamašijo vodni odtok.

Pri reakciji med vodno raztopino natrijevega sulfida (Na₂S) in raztopino klorovodikove kisline (HCl) nastanejo molekule vodikovega sulfida (H₂S). Te molekule izhajajo iz raztopine, ker je vodikov sulfid (H₂S) plin.

V raztopini so namreč ioni: 2Na⁺(aq), S^2–(aq), H⁺(aq), Cl^–(aq). Edina ionska reakcija, do katere dejansko pride, poteka med sulfidnimi ioni, S^2–(aq), in vodikovimi ioni, H⁺(aq).

To lahko opišemo s formulami:

Ali pa zapišemo samo z ioni:

Plini, ki lahko nastanejo iz spojin pri ionskih reakcijah so H₂S, CO_2, SO₂, NH₃ .

ALI VEŠ?
Vodikov sulfid (H₂S) je plin z neprijetnim vonjem po gnilih jajcih, tako da poleg mehurčkov plina zaznamo tudi neprijeten vonj.