A vízmolekulák semleges molekulák, ennek ellenére vezetik az elektromos áramot. Mi lehet ennek az oka? A valóságban a vízmolekulák egy része ion formában van jelen a folyadékban. Két vízmolekula találkozásakor protonátadás, ún. protolízis játszódik le, amelyet az alábbi egyenlettel szemléltetünk:
A keletkező két ion elnevezése oxóniumion és hidroxidion. Ennek a két töltéssel rendelkező összetett ionnak köszönhető, hogy a víz vezeti az elektromos áramot.
Ha egy liter vizet vizsgálunk abban igen kis mennyiségű oxónium- és hidroxidiont találunk, egész pontosan 1 x 10-7 molnyit. Egy liter vízben tehát 1 x 10-7 mol oxónium- és pontosan ugyanennyi hidroxidion van. Az ilyen folyadékokat kémiailag semlegesnek nevezzük. A fenti mennyiségből ( 10-7) eredeztethető a pH semleges mérőszáma a 7.
Természetesen az is előfordulhat, hogy a két ion nem egyenlő mennyiségben van jelen. Abban az esetben, ha az oxóniumionból van több savas, ha a hidroxidionból lúgos anyagról beszélünk. A folyadékok semleges, savas, illetve lúgos tulajdonságait kémhatásnak nevezzük. A kémhatásnak mértékegysége is van, a pH.
A pH-skála egy 0-tól 14-ig terjedő skála, ahol a 7-es érték jelzi a semleges kémhatást. Héttől lefelé savas, felfelé lúgos kémhatásról beszélünk. A semleges értéktől távolodva nő a savas, illetve a lúgos kémhatás erőssége, így a legerősebb sav pH=0, a legerősebb bázis pH=14.
Vizsgáljuk meg a savakat és bázisokat kicsit tudományosabban is! Ezekben a vegyületekben is protonátadás következik be, az alábbiak szerint:
A hidrogén-klorid vizes közegben protont ad át a vízmolekulának, így abból oxóniumion képződik. Ez esetben a hidrogén-klorid savnak, a víz bázisnak tekinthető. Ez egyezik a fentiekben leírtakkal, mely szerint savas kémhatás esetén több az oxóniumion. Megfogalmazhatjuk, hogy savnak tekinthetjük azokat az anyagokat, amelyek a víznek protont tudnak átadni.
Az ammónia esetében fordított a helyzet. Itt az ammónia nem átad, hanem felvesz protont a víztől az alábbiak szerint:
NH3 + H2O = OH- + NH4+
A keletkező hidroxid ion a lúgosságra utal, emellett ammóniumion keletkezik. Az ammónia bázisnak, a víz ez esetben savnak tekinthető. Megfogalmazva: a lúgok olyan anyagok, amelyek a víztől protont vesznek fel. A fentiekben látható, hogy a víz savként és bázisként is viselkedhet. Az ilyen anyagokat amfotereknek nevezzük.
A kémhatás mérése
A kémhatást indikátorokkal tudjuk vizsgálni. Ezeknek több típusa ismert.
A legismertebb indikátorok színváltozással jelzik az adott kémhatást, vagy annak változását. A legismertebb indikátorok a lakmusz, a fenolftalein és a metilvörös. Folyadék indikátorokkal teljes pontossággal megadható egy oldat kémhatása, a titrálás nevű eljárással. Az eljárás során egy ismert kémhatású oldatot adagolunk cseppenként az ismeretlen kémhatású oldathoz mindaddig, még az előzetesen bele csepegtetett indikátor nem jelzi, hogy a mért oldatot a mérendő oldat teljesen felhasználta. A titrálás eredményéből a mérendő anyag összetétele kiszámítható.
A papír indikátorok esetében kissé könnyebb dolgunk van. Ezek a vizsgálandó oldatba mártva színváltozáson mennek keresztül, a kapott szín és a színskála egybevetésével a kémhatás leolvasható. A módszer egyszerűbb azonban pontatlanabb.
Közömbösítés
Mi történik, ha egy savat és egy bázist összeöntünk? Egy ún. közömbösítési (semlegesítési) reakció játszódik le, amely során a sav átadja protonját a bázisnak, a reakció során só és víz keletkezik.
NH4OH + HCl = NH4Cl + H2O
A fenti folyamatban az ammónium-hidroxid a bázis, a hidrogén-klorid a sav, az ammónium-klorid a só és a víz a víz.