Syre

En syre (ofte representert ved den generelle formelen HA [H⁺A⁻]) blir vanligvis beskrevet som et kjemikalie som øker vannets hydrogenionaktivitet når det blir løst opp. Løsningen har da en pH lavere enn 7,0 som er nøytral. Det er tilnærmet den moderne definisjonen som Johannes Brønsted og Martin Lowry kom fram til uavhengig av hverandre, hvor syre er beskrevet som et stoff som gir fra seg protoner (hydrogenioner (H⁺)). Denne reaksjonen har fått navnet protolyse. I en sterk syre vil tilnærmet alle molekylene i syren protolysere, mens i en svak syre vil det dannes en likevekt der bare en del av syren vil protolysere (5 % eller mindre). Syre- og basereaksjoner skiller seg fra redoksreaksjoner ved at det ikke vil være noen endring i oksidasjonstall.

Substantivet «syre» er avledet av adjektivet «sur», etter den karakteristiske smaken disse stoffene har.

I moderne tid har det blitt utviklet mer spesifikke definisjoner for syrer (og baser):

• Arrhenius: Den svenske kjemikeren Svante Arrhenius (1859–1927) beskrev syrer som stoffer som øker konsentrasjonen av hydrogenioner (H⁺) når de blir løst i vann. Baser ble beskrevet som stoffer som danner hydroksidioner (OH^-) når de blir løst i vann. Denne definisjonen begrenser syrer og baser til vannløselige stoffer.

• Brønsted-Lowry: Denne definisjonen beskriver syrer som stoffer som gir fra seg protoner (hydrogenioner H⁺) og baser som stoffer som tar til seg protoner. Denne definisjonen gir alle syrer en korresponderende base ettersom en syre som har gitt fra seg et proton (syreresten) har muligheten til å ta opp igjen et proton. En syre og den korresponderende basen kalles et syre-basepar. Det samme prinsippet gjelder for baser. Denne definisjonen gjelder også for stoffer som ikke er løselige i vann. Johannes Brønsted (1879–1947) og Martin Lowry (1874–1936) kom begge fram til denne definisjonen uavhengig av hverandre. Dette er i dag den den mest brukte definisjonen.

• Lewis: Gilbert N. Lewis kom fram til en syre-base definisjon som sier at syrer er stoffer som er elektronparmottakere, og baser som stoffer som er elektronpargivere. Denne definisjonen inkluderer også syrer som ikke protolyserer, som for eksempel jern(III)klorid og botrifluorid. Ikke-protolyserende syrer blir ofte kalt for Lewis-syrer.

Det finnes en generell formel for å beskrive hvordan en syre oppfører seg når den blir løst i vann. Formelen for enprotisk syre er som følger:

HA(aq) + H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + A⁻(aq)         K_a

HA betegner syren, der H er hydrogenet som spaltes av. A står for engelsk acid («syre»). A^- som er på høyre side av ligningen er den korresponderende basen (syreresten). Hydronium-ionet ( H₃O⁺) er et vannmolekyl som har tatt til seg hydrogenionet.

Hvor stor andel av syren som protolyseres betegnes som protolysegraden og oppgis i prosent. Syrer der protolysegraden er tilnærmet 100 % kalles for sterke syrer, mens svake syrer har en protolysegrad på bare noen få prosent. I svake syrer oppstår det en kjemisk likevekt mellom syren, den korresponderende basen og vannet. En likevektskonstant, syrekonstanten K_a er definert:

${\displaystyle K_{\text{a}}={\frac {[{\mbox{H}}_{3}{\mbox{O}}^{+}][{\mbox{A}}^{-}]}{[{\mbox{HA}}]}}}$

Konsentrasjonen av vann [H₂O] er regnet som konstant, og syrekonstanten K_a er definert som den generelle likevektskonstanten K_c multiplisert med konsentrasjonen av vann:

${\displaystyle K_{\text{a}}=K_{\text{c}}\cdot [{\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}]}$

Ved en fortynning av en svak syre vil protolysegraden øke. Konentrasjonen av den uprotolyserte syren vil minke, og for å opprettholde likevekten vil mer syre måtte protolyseres.

En sterk syre er en syre som protolyseres fullstendig i en vandig løsning (med unntak av svovelsyre).^[1]

Tradisjonelt blir syrer navngitt etter anionene. Ionesuffikset faller vekk og blir erstattet med et nytt suffiks, og noen ganger et prefiks. prefikset hydro- blir bare brukt dersom molekylet bare består av hydrogen og ett annet grunnstoff.

Mange syrer har trivialnavn, som for eksempel saltsyre, melkesyre, svovelsyre og eddiksyre

Syrer har vært kjent i uminnelige tider. Sitrusfrukter og andre sure frukter har inngått i menneskenes matvaner langt tilbake i historien. Bibelen beskriver fremstilling av eddiksyre ved langvarig gjæring av druer, og dens virkning på pottaske og kritt. Saltsyre, svovelsyre og salpetersyre finnes i nedtegnelser tilbake til 1200-tallet.^{[trenger referanse]} Etymologisk er substantivet «syre» avledet av adjektivet «sur», etter den karakteristiske smaken disse stoffene har.

I moderne tid blir syrer brukt i industri, batterier og rengjøringsmidler.

Følgende egenskaper er karakteristiske for syrer:

• Sur smak.
• Skifter farge på enkelte organiske forbindelser.
• Virker etsende på organisk materiale, sterke syrer kan også etse metall.
• Danner salter og nøytraliseres dersom de blandes med baser. Dette skjer fordi alle syrer inneholder ett eller flere hydrogen-atomer som kan erstattes med et metall.
• Reagerer med metaller samtidig som hydrogengass dannes.
• Leder strøm.

Disse egenskapene fremkommer ofte først når syren er løst i vann. Syrer løst i vann vil alltid gi en pH-verdi lavere enn 7.

Syrer forekommer ved romtemperatur i alle tilstander: Fast stoff, flytende eller gass, avhengig hvilken syre det er snakk om. Syrer kan altså ikke kategoriseres entydig utfra tilstand, i motsetning til metaller (med et par unntak). Likevel er den store gruppen organiske syrer oftest i fast form.

Når en syre løses i vann vil den spalte av H⁺ og sende dem ut i løsningen. Disse protonene vil bli tatt opp av vann og danne et oksoniumion. (H₃O⁺) Denne reaksjonen gjør løsningen sur, men nøyaktig hvor sur den blir avhenger av syrens styrke og konsentrasjon. Surhetsgraden bestemmes ved å måle konsentrasjonen av H₃O⁺ i løsningen og ta den negative logaritmen til dette tallet. Enheten kalles pH og er en skala der verdier under 7 er sure, 7 er nøytral og verdier over 7 er basiske.

For å bestemme pH kan man benytte et elektronisk pH-meter eller en indikator. Indikatorer er stoffer som har én farge i sure løsninger og en annen farge i basiske løsninger. I dagliglivet er indikatorer lett tilgjengelige ettersom både rødkålsaft og te har denne egenskapen. Forskjellige indikatorer skifter farge på ulike pH-verdier, noe som kan utnyttes til å bestemme pH mer nøyaktig. På laboratoriet er BTB, fenolftalein og lakmus de vanligste indikatorene som benyttes.

Det finnes syrer overalt ute i naturen, fra trær og planter til bær og myrer. Myrsjøer inneholder mange sure løsninger. På grunn av sin lave pH-verdi og store mengder med humus blir vannet gul-brunt. Humus er et organisk stoff som ikke blir helt nedbrutt til næringsalter, karbondioksid og vann. Dermed blir myrsjøer tilført lite næringsstoffer. Nedbrytingen av humus krever veldig mye oksygen og myrsjøene blir som oftest oksygenfattige. Under nedbrytingen oppstår det flere gasser som metan (CH₄) og dihydrogensulfid (H₂S). Man kan mange ganger se metanen boble på overflaten og kjenne en råtten lukt fra dihydrogensulfiden.

Å nøytralisere en syre betyr å øke pH-verdien med en base så løsningen stiger til det pH 7,0, hvor det er like mange H+ -ioner som OH- -ioner. Da vil man få en løsning som er nøytral, der av navnet nøytralisering. Når en løsning er nøytral er den verken sur eller basisk.

Sterke syrer består mest av konsentrerte løsninger. Konsentrerte løsninger er svært etsende, derfor ved direkte kontakt mot hud eller øyne må man skylle grundig med vann og oppsøke lege. Klær kan også bli skadet ved kontakt. Desto høyere konsentrasjonen i en syre er, desto mer etser den.

• Saltsyre – HCl
• Salpetersyre – HNO₃
• Svovelsyre – H₂SO₄
• Hydrogenbromid – HBr
• Hydrogenjodid – HI

Svake syrer er langt ifra så reaktive som sterke syrer. I ufortynnede løsninger av svake syrer vil ikke pH-verdien være lavere enn 2 . Svake syrer finner man som regel i mat og drikke, som for eksempel: eddik, frukt og surmelk.

• Sitronsyre
• Eplesyre
• Eddiksyre
• Maursyre
• Fruktsyre
• Melkesyre

Man skiller mellom sterke og svake syrer etter stoffets evne eller «villighet» til å gi fra seg hydrogenioner.

• Base
• Salt (kjemisk forbindelse)
• Elektrolyse