Keskkonna happelisus: erinevus redaktsioonide vahel

'''Keskkonna happelisus''' ühendab endas nii [[Brønstedi happelisus]]t, [[vesinikside]]me donoorsust kui ka [[Lewisi happelisus|Lewise happelisus]]t.<ref name="ivo1">http://tera.chem.ut.ee/~ivo/Solvent/1.2.2_Vedelike_Omadused_II.pdf</ref> Valdav on aga happelisuse kirjeldamine [[Brønstedi-Lowry teooria|Brønsted-Lowry teooriale]]le vastavalt.

Käsitledes happelisust, on oluline vahet teha keskkonna ja [[molekul]]i happelisusel. Happelisus molekuli tasemel iseloomustab vastava üksikmolekuli happelisust, keskkonna tasemel aga kogu keskkonna (nt [[lahus]]e) happelisust.<ref name="ivo2">http://tera.chem.ut.ee/~ivo/Solvent/2.1_Solvendiefektid_HA_protsessidele.pdf</ref>

[[Gaas]]ifaasis liiguvad osakesed (molekulid, [[aatom]]id, [[ioon]]id) vabalt igas suunas ning madalatemadala rõhkuderõhu korral osakestevahelisednendevahelised [[vastasmõju]]d praktiliselt puuduvad.<ref name="principles">Atkins P.; Jones, L. Chemical Principles: The Quest for Insight, 5th edition. W.H. Freeman and company, 2010.</ref> Vastasmõjude puudumise tõttu on [[hape|happed]] gaasifaasis väga nõrgad Brønstedi happed, mis tähendab, et ei toimu [[dissotsiatsioon|dissotseerumistdissotsieerumist]] vesiniku [[katioon]]iks ja happe [[anioon]]iks.<ref name="ivo2" />

[[Tahkis]]tes on osakesed üksteise suhtes paigal ningja asuvad suhteliselt lähestikku, mistõttu osakestevahelised vastasmõjud on tugevad.<ref name="principles" /> Tahkiste korral uuritakse üldiselt pinna happelisust. Happelised tahkised on kasulikud heterogeense [[happeline katalüüs|happelise katalüüsi]] läbiviimiseltegemisel. Selleks kasutatakse tihti töödeldud [[tseoliit]]e.<ref name="solid">Gorte, R.J. What do we know about the acidity of solid acids? Catalysis Letters, 1999, 62, 1-13.</ref>

Keskkonna Brønstedi happelisus väljendab keskkonna võimet anda [[prooton]]it ehk vesiniku katiooni selles keskkonnas asuvatele molekulidele.<ref name="ivo2" /> BrønstedBrønstedi-Lowry teooria järgi ongi happe-alus ja aluse vahelised reaktsioonid prootoni ülekande ehk [[protoneerimine|protoneerimise]] reaktsioonid, kusjuures hape on prootoni doonor ehk loovutaja ningja alus prootoni aktseptor ehk vastuvõtja.<ref name="inorganic">Atkins, P. et al. Shriver and Atkins' Inorganic Chemistry, Fifth Edition. W.H. Freeman and company, 2010. ISBN 978–1–42–921820–7.</ref> Brønstedi happelisust saab numbriliselt iseloomustada vesilahuses [[pH]]-ga (mittevesilahustes on see vähelevinud), tugevalt happelistes lahustes Hammeti H₀ skaala abil.<ref name="ivo2" />

[[Vesinikside]]me donoorsus iseloomustab keskkonna võimet luua vesiniksidet keskkonnas asuvate molekulidega, millel on vesiniksideme aktseptoorne ehk negatiivse [[osalaeng]]uga üksus. Selle kvantitatiivseks hindamiseks lahustite jaoks on levinuim KamletKamleti-Tafti α parameeter, mille korral [[spektrofotomeetria|spektrofotomeetriliste]] mõõtmiste abil saadakse hinnang vesiniksideme donoorsusele vastava lahusti jaoks. Suuremale vesiniksideme donoorsusele vastab ka suurem α väärtus.<ref name="ivo1" />

Lewise happed on defineeritud kui [[elektronpaar]]i aktseptorid. Elektronpaari aktseptoorsed omadused iseloomustavad keskkonna üldist happelisust, st nii Brønstedi kui ka Lewise happelisust. Lewise happelisust väljandatakse arvuliselt aktseptornumbrite kaudu. Aktseptornumbrit mõõdetakse [[tuumamagnetresonantsspektroskoopia]] abil, uurides ³¹P spektris [[fosfor]]i spektrijoone nihet trietüülfosfiinoksiidi[[trietüülfosfiinoksiid]]i (Et₃PO) ja uuritava lahusti vahelise [[kompleks]]i moodustumisel. Suurem aktseptornumber vastab seejuures suuremale Lewise happelisusele ehk tugevamale elektronpaari aktseptoorsusele.<ref name="ivo1" />

[[Lahusti]] happelisus koos teiste lahusti omadustega määrab, kuivastavas tugevad on vastavasse lahustisselahustis lahustatud hapete ja [[alus]]tealuste tugevusedtugevuse. Samuti määrab see, kui happelist keskkonda on üldsesaab selles lahustis võimaliküldse realiseerida.<ref name="ivo2" /> Näiteks [[vesinikkloriidhape|vesinikkloriidhappe]] lahus [[benseen]]is on keskkonnana happelisem kui vastava [[kontsentratsioon]]iga vesilahus, kuigi vesinikkloriidhape on benseenis [[Nõrk hape|nõrk]], aga vees [[tugev hape]].<ref name="solvent" />

Tugevate hapete vesilahuste happelisuse hindamiseks pole klassikaline pH-skaala sobivei sobi. Selle probleemi lahendamiseks on loodud erinevaidmitmesuguseid happelisuse funktsioone, millest üks levinuimaid on Hammetti happelisuse funktsioon (H₀ skaala). See võimaldab vesilahuse pH skaalat näiliselt pikendada.<ref name="ivo1" /><ref name="modern">Anslyn, E.V.;Dougherty, D.A. Modern Physical Organic Chemistry. University Science Books, 2006. ISBN 978-1-891389-31-3.</ref><ref name="unified">Himmel, D.; Goll, S.K.; Leito, I.; Krossing, I. A Unified pH Scale for All Phases. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6885-6888.</ref>

Mittevesikeskkondade jaoks on pH-skaalad vähem levinud ningja olemasolevad skaalad pole otseselt võrreldavad vesikeskkonna pH-ga. MõõdetudLahustites on lahustitesmõõdetud suure hulga hapete happelisusihappelisust, mille najal on loodud skaalasid iseloomustamaks lahusti mõju iseloomustamaks hapete tugevustele. Arvestades Brønstedi happelisuse [[termodünaamika|termodünaamilist]] tagapõhja, on lahustite pH-skaalade ühildamiseks on loodud ka ühtne pH-skaala, mille korral nii-öelda nullpunktiks on võetud prootoni gaasifaasiline [[keemiline potentsiaal]] rõhu 1 bar ja temperatuuri 298,15 K juures. Peale vedelkeskkondade saab selle skaala abil iseloomustada ka gaaside, tahkiste ja [[geel]]ide happelisust.<ref name="unified" />

Lihtne meetod andmaksligikaudse ligikaudsethinnangu hinnangutandmiseks keskkonna happelisuse kohta on happe-alus [[happesusindikaator|indikaatorite]]ite kasutamine. See meetod põhineb orgaanilistel molekulidel, mille värvus sõltub [[protoneerimine|protoneerumise]] astmest, mis omakorda on seotud keskkonna happelisusega. Paljude indikaatorite jaoks on määratud vesikeskkonna pH vahemikudvahemik, kus indikaatormolekuli värvus muutub. Indikaatoreid kasutatakse tihti [[tiitrimine|tiitrimisel]] [[stöhhiomeetriapunkt]]i määramiseks või lahuse ligikaudse pH määramiseks.<ref name="principles" />

Kasutusel on ka universaalindikaatorid, mis on tavaliselt erinevatemitmesuguste indikaatormolekulide segu. Nende korral vastab erinevale pH vahemikule erinev värvus.<ref>http://dictionary.cambridge.org/dictionary/british/universal-indicator</ref>

Indikaatormolekule leidub ka looduses. Näiteks [[punane peakapsas|punases kapsas]] leiduv [[antotsüaniin]] toimib loodusliku uninversaalindikaatorina.<ref>Cannon, M.B.; Ong, K.L. Using Food To Stimulate Interest in the Chemistry Classroom. American Chemical Society, 2013. ISBN13 9780841228184.</ref>

[[Potentsiomeetria|Potentsiomeetriliselt]] saab lahuse pH-d määrata pH -meetri abil, mis mõõdab [[elektrood]]ide vahelist [[elektromotoorjõud|nullvoolupotentsiaal]]i vastavas lahuses. Seadme eelneva [[kalibreerimine|kalibreerimise]] käigus salvestatakse pH -meetrisse kalibreerimisgraafik, mille abil arvutatakse elektroodide vahel oleva nullvoolupotentsiaali kaudu lahuse pH.<ref>http://tera.chem.ut.ee/~ivo/ak1/pH_ISE.pdf</ref> Potentsiomeetriliselt saab pH-d määrata ka väga [[viskoossus|viskoossetes]] vedelikes. Samuti on võimaliksaab pH-d mõõtminemõõta tugevate [[oksüdeerija]]te ja [[redutseerija]]te lahustes.<ref name="skoog">Skoog, D.A. et al. Fundamentals of Analytical Chemistry, Eight Edition. Brooks/Cole, 2004. ISBN 0030355230.</ref>

Olemas on pH -meetreid ka erirakenduste jaoks: allaneelatav elektrood [[magu|mao]] happelisuse uurimiseks, elektroodid väikeste lahusehulkade mõõtmiseks (nt hambaaaugus), mikroelektroodid rakusisesteks mõõtmisteks.<ref name="skoog" />

Potentsiomeetrilise mõõtmise kõrvale on välja töötatud ka optilised pH-[[sensor]]id, mille korral [[optiline fiiber|optilise fiibri]] külge kantud molekuli mingi mõõdetav omadus sõltub keskkonna happelisusest. Selleks omaduseks võib olla näiteks valguse neelduvus või [[luminestsents]]. Kalibreerimislahuste mõõtmise kaudu tehtud kalibreerimisgraafiku alusel saab seejärel mõõta uuritavate lahuste happelisusihappelisust.<ref>Capel-Cuevas, S.; Cuéllar, M.P.;de Orbe-Payá, I.; Pegalajar, M.C.; Capitán-Vallveya, L.F. Full-range optical pH sensor based on imaging techniques. Analytica Chimica Acta. 2010, 681, 71-81.</ref>

[[Guinnessi rekordite raamat]]u kohaselt sadas kõige happelisem vihm [[1983]]. aastal Šotimaal[[Šotimaa]]l [[Inverpolly]] metsa kohal ning selle pH oli 1,87.

Kõige hapum vili on [[laim]] pH-ga 2,1. Umbes sama happeline on ka [[maohape]]: pH on ligikaudu 2. <ref>Kõige happelisem paik. Imeline Teadus. 2013, 5, 28-29.</ref>