syre–base-teori

Eddiksyre er kjent fra oldtiden. Svovelsyre og salpetersyre ble fremstilt på 1200-tallet ved destillasjon av sulfater og nitrater som inneholder krystallvann. På 1700-tallet ble det fremstilt flere organiske syrer, blant annet maursyre, melkesyre, sitronsyre og eplesyre. De ble navnsatt etter hvor de ble funnet.

Man oppdaget tidlig at det finnes stoffer som fjerner surheten ved tilsetning. Vi sier i dag at de nøytraliserer syren. Disse ble kalt alkalier, senere baser.

Det var imidlertid ikke kjent hva syrene hadde felles, eller hvorfor surheten forsvant ved tilsetning av en base.

Den første syreteorien ble formulert av Antoine Laurent Lavoisier i 1770-årene. Han viste at flere grunnstoffer, som karbon, fosfor og svovel, gir stoffer som gjør vann surt når de brenner. Lavoisier forklarte at forbrenning er en reaksjon med en gass i luften, og ettersom forbrenningen førte til syrer, kalte han gassen oksygen, som betyr «syredanner».

Forklaringen om oksygen som syredanner brast da Humphry Davy fremstilte et stoff fra vanlig koksalt som løst i vann gjør vannet surt, uten at stoffet inneholdt oksygen. (Stoffet var hydrogenklorid, som i vann gir saltsyre.)

I løpet av 1800-tallet kom kjemikerne så langt at de hadde bestemt molekylformel for mange stoffer. Michael Faraday studerte elektrolyse av saltløsninger på 1830-tallet, og han postulerte at saltene ble spaltet i ioner ved elektrodene. Svante August Arrhenius fulgte opp dette og definerte en syre som et stoff som avspaltet H⁺-ioner i vann. En base, hevdet han, avspaltet OH^–-ioner i vann. Når en syre ble nøytralisert, mente han at det var følgende reaksjon som skjedde:

H⁺(aq) + OH^–(aq) → H₂O(l)

Etter hvert skjønte man hvilket unikt ion H⁺-ionet er. Et hydrogenatom inneholder bare ett elektron. Når dette avspaltes, blir bare atomkjernen igjen, og for nesten alle hydrogenatomer består den av bare et proton. Så en syre består av molekyler eller ioner som kan avgi ett eller flere protoner.

Alle atomkjerner består av protoner og nøytroner. Da protoner også inngår i kjernereaksjoner, velger vi å definere en syre omtrent som Arrhenius gjorde for å unngå misforståelse:

• En syre er et molekyl eller ion som kan avgi ett eller flere H+-ioner.

Det vil ikke være frie H⁺-ioner i vannet. Protonene vil alltid sitte på et vannmolekyl og danne et H₃O⁺-ion (som kalles et oksoniumion). Protonene sitter ikke lenge fast, men hopper lett fra vannmolekyl til vannmolekyl i løsningen.

Arrhenius definerte videre en base som et stoff som kan avgi et OH^–-ion (som kalles et hydroksidion).

Ettersom en base er et molekyl eller ion som kan oppta et proton, kalles en reaksjon mellom en syre og en base for protolyse.

Den danske kjemikeren Johannes Nicolaus Brønsted foreslo i 1923 at en base er et stoff som kan motta et H⁺-ion. Dette ble samtidig foreslått av den britiske kjemikeren Thomas Martin Lowry (1874–1936). Dette er hvordan vi vanligvis definerer en syre og en base i dag:

• En syre er et stoff som kan avgi H⁺, og en base er et stoff som kan motta H⁺.

Det er to fordeler ved å definere syrer og baser på den måten. For det første blir det flere stoffer som er baser, og for det andre er ikke syrer og baser begrenset til vann som løsemiddel.

Denne teorien kalles oftest Brønsteds syre-baseteori, men blir også kalt Brønsted-Lowrys syre-baseteori.

I 1920-årene ble elektronfordelingen i atomer bestemt. Et H-atom inneholder bare ett elektron. Dermed blir H⁺ et atom uten elektroner. Atomkjernen i H-atomet er vanligvis et proton. Da ble det klart hvor unik en syre-basereaksjon er: i reaksjonen hopper et proton fra syren til basen.

For at basen skal kunne ta i mot protonet, må det ha et ledig elektronpar. Det innså den amerikanske kjemikeren Gilbert Newton Lewis allerede i 1923, og han definerte:

• En base er et molekyl eller ion som har et ledig elektronpar.

Han gikk også et skritt videre og definerte:

• En syre er et molekyl eller ion som mangler et elektronpar.

H⁺ mangler et elektronpar og er følgelig også en syre etter Lewis' definisjon, men det er også BF₃. De fleste kationer er lewissyrer.

Oksider som karbondioksid, CO₂, og svoveltrioksid, SO₃, reagerer som syrer selv om de ikke inneholder noe proton. Oksider som kalsiumoksid, CaO, og bariumoksid, BaO, reagerer basisk og nøytraliserer sure oksider som svoveltrioksid og karbondioksid selv om ikke noe løsemiddel er til stede. Reaksjonen fører til at det dannes en polar, kovalent binding mellom syren og basen.

• baser – kjemi
• elektron
• nøytron
• protolyse
• syrer