Syre

Hvordan defineres en syre?

En syre defineres som en forbindelse, der kan afgive en proton (H^+). Protonen kan også benævnes som en hydron eller en hydrogenion. Helt grundlæggende kan man sige, at en syre er en forbindelse, der sænker pH-værdien af vand, når den tilsættes. Når syren afgiver sin proton, vil protonen forskyde følgende ligevægt mod højre. Syres modsætning kan sige at være baser, der er syreneutraliserende.

H^+(aq) + H_2O(l) \rightleftharpoons H_3O^+(aq)

En syre i vand øger altså vandets koncentration af hydroxonium-ioner (H_3O^+). Det er netop koncentrationen af denne forbindelse, der afgør pH-værdien.

pH = -log[H_3O^+]

På baggrund af denne definition kan man argumentere for, at alle forbindelser med hydrogenatomer er en syre. Dette er på sin vis også korrekt, men styrken af syren vil for mange (især organiske) forbindelser være så lav, at man ikke betragter forbindelsen som en syre. Man vælger desuden i mange tilfælde kun at anføre en proton, når man taler om syre og baser og ikke hydroxoniumionen, selvom det er den, man mener.

Syrers egenskaber

En af syrernes vigtigste egenskaber er deres syrestyrke, som angiver, hvor villig en syre er til at afgive sin proton. Syrestyrken betegnes med syrestyrkekonstanten, pK_s på dansk og pK_a på engelsk, hvor s og a står for henholdsvis syre og acid. Syrestyrkekonstanten er specifik for en given forbindelse, og kan altså slås op som en tabelværdi. Jo mindre syrestyrkekonstanten er, desto stærkere er syren. Ligeledes betyder en lav syrestyrkekonstant, at en syre i en vandig opløsning er meget dissocieret, altså at meget af syren har afgivet sin proton. I praksis betyder det, at følgende ligevægt for saltsyre (HCl) i vand er forskudt langt mod højre, hvis syren er meget dissocieret, som det er tilfældet med den stærke syre, saltsyre (pK_a = -7).

HCl(aq) \rightleftharpoons H^+(aq) + Cl^-(aq)

Man inddeler typisk syrerne efter deres syrestyrke, således at

  • Syrer med pK_a < 0 er stærke syrer.
  • Syrer med pK_a mellem 0 og 4 er middelstærke syrer.
  • Syrer med pK_a > 4 er svage syrer.

Eksempler på syrer i disse kategorier er de tre kendte stærke syrer nemlig saltsyre, svovlsyre (H_2SO_4) og salpetersyre (HNO_3) med syrestyrkekonstanter på henholdsvis -7, -3 og -1,3. En mellemstærk syre er phosphorsyre (H_3PO_4) med en pK_a-værdi på 2,12. Eddikesyre (CH_3COOH) og kulsyre (H_2CO_3) er begge eksempler på svage syrer med pK_a-værdier på henholdsvis 4,76 og 6,37.

Eksempelvis har en alkohol også et hydrogenatom og kan derfor betragtes som en syre. Dens pK_a-værdi er dog omkring 15, og derfor kan dens syrestyrke sammenlignes med vand, der har en pK_a-værdi på 14. Af den grund betragter man i daglig tale ikke en alkohol som en syre.

Organiske carboxylsyrer er typisk også svage syrer med en pK_a-værdi omkring 4-5, og de har den følgende struktur. Når en carboxylsyre har afgivet sin proton, kaldes den for en carboxylation. R betegner en vilkårlig organisk sidekæde.

En syres typiske reaktioner

Her nævnes blot kort, hvilke reaktioner man kan lave med syrer. I alle tilfælde tages der udgangspunkt i saltsyre. For reaktioner med baser henvises til kompendiet Baser. De tre mest generelle reaktioner er

1) Reaktioner med metaller hvor produkterne er brint og et salt (link). I dette tilfælde reageres syren med magnesium (Mg) i en redoxreaktion.

2 HCl(aq) + Mg(s) \to MgCl_2(s) + H_2(g)

2) Reaktioner med metaloxider hvor produkterne er vand og et salt. I dette tilfælde reageres syren med magnesiumoxid (MgO).

2 HCl(aq) + MgO(s) \to H_2O(l) + MgCl_2(s)

3) Reaktion med calciumcarbonat (kalk, CaCO_3) hvor produkterne er kuldioxid (CO_2), vand og et salt.

2 HCl(aq) + CaCO_3(s) \to CO_2 (g) + H_2O(l) + CaCl_2(s)

Det er dog vigtig at pointere, at syrer kan deltage i en nærmest uendelig række af reaktioner enten som reaktant eller som katalysator.

Syrer i hverdagen

I hverdagen findes særligt de svage syrer, såsom kulsyre i sodavand og den syrlige smag i citrusfrugter, der kommer fra frugtens egne organiske svage syrer. I forbindelse med fjernelse af kalk anvendes nogle gange eddikesyre. Menneskets mavesyre har en særlig lav pH-værdi, der hjælper med at bearbejde maden. Desuden indeholder batterier også meget sure væsker, da disse kan lede strømmen bedre. Endeligt bruges de stærke syrer i forbindelse med fremstilling af kemikalier på større fabrikker, da de blandt andet kan virke som katalysatorer for forskellige reaktioner.

Mono-, di- eller polyprot syre?

Om en syre er mono-, di- eller polyprot afgøres af, hvor mange protoner den kan afgive. Kan den kun afgive én proton, så som saltsyre (HCl) eller eddikesyre (CH_3COOH), er det en monoprot syre. Kan den derimod afgive to protoner, som svovlsyre (H_2SO_4) eller kulsyre (H_2CO_3) er den diprot. Hvis en syre kan afgive flere end to protoner er den polyprot, som eksempelvis phosphorsyre (H_3PO_4). Nedenfor ses de to reaktioner, hvor kulsyre afgiver én proton i hver.

H_2CO_3(aq) \rightleftharpoons HCO_3^-(aq) + H^+(aq)

HCO_3^-(aq) \rightleftharpoons CO_3^{2-}(aq) + H^+(aq)

Da hydrogencarbonationen (HCO_3^-) både kan optage og afgive en proton, kan den altså fungere som både en syre og en base. Forbindelser, der har denne egenskab, kaldes for amfolytter. Bemærk, at da hydrogencarbonationen har en syreegenskab, så har forbindelsen også en pK_a-værdi, der er forskellig fra kulsyres pK_a-værdi, nemlig 10,3.