happijärjestelmiä

Happijärjestelmä tarkoittaa kemiallista kokonaisuutta, jossa esiintyy happoja, emäksiä ja niiden konjugaattiyhdisteita sekä niiden välisiä protoninsiirto- ja elektroninsiirtoreaktioita. Yleisimmin käytettyjä teoreettisia malleja ovat Arrhenius-, Bronsted-Lowry- ja Lewis-mallit. Arrheniusin mukaan happo on aine, joka vesiliuoksessaan tuottaa H+-ioneja, ja emäs aine, joka tuottaa OH−-ioneja. Bronsted-Lowry -mallissa happo on protonin luovuttaja ja emäs protonin vastaanottaja. Lewis-mallissa happi- tai emäslahko määritellään elektroniparin vastaanottajana tai luovuttajana: Lewis-happo on elektroniparin hyväksyjä ja Lewis-emäs elektroniparin luovuttaja.

Happijärjestelmissä huomionarvoisia ovat happovahvuus ja pH-arvo sekä pKa-arvot. Vahvat hapot, kuten HCl ja H2SO4, dissosioituvat täydellisesti vesiliuoksissa; heikot hapot, kuten CH3COOH, dissosioituvat vain osittain. Pienempi pKa vastaa vahvempaa happoa. pH kuvaa liuoksen happamuutta ja riippuu sekä hapon että emäksen konsentraatiosta sekä niiden dissosiaatiosta. Henderson-Hasselbalch -laskenta pH = pKa + log([A−]/[HA]) kuvaa tilannetta, jossa liuoksessa on heikko happo ja sen konjugoitunut emäs.

Bufferijärjestelmillä on keskeinen tehtävä pH:n säätelyssä. Ne koostuvat vahvemman ja heikomman happona tai emäksen ja sen konjugoituneen parin yhdistelmistä, jotka vastustavat pH:n muutoksia lisäyksillä sekä happoja että emäksiä. Esimerkkejä ovat asetaatti-, dihydrogenfosfaatti- ja karbonaattibufferit.

Happijärjestelmät ovat merkittäviä biologisissa ja ympäristöllisissä prosesseissa sekä teollisuudessa. Esimerkiksi veden hiilidioksidi muodostaa hiilihappoa, mikä vaikuttaa vesien pH-arvoon ja sitä kautta eliöihin. Merien happamoituminen ja ilmakehän muutokset vaikuttavat ekosysteemeihin sekä rakennus- ja tuotantoprosesseihin. Turvallinen käsittely ja asianmukaiset varotoimet ovat olennaisia hapteihin liittyvissä töissä.