Emäs (alkali) – määritelmä, pH-arvo, ominaisuudet ja esimerkit

Tutustu emäkseen (alkali): selkeä määritelmä, pH-arvot, tärkeimmät ominaisuudet ja käytännön esimerkit kemiassa ja arjessa — opi tunnistamaan ja neutraloimaan emäkset.

Kemiassa alkali on vesiliuos, jonka pH-arvo on yli 7. Sana "alkali" tulee arabian kielen sanasta "qali", joka tarkoittaa "tuhkasta", koska puhdistusaineina (kuten saippuat) käytetty veteen sekoitettu tuhka on valmistettu emäksisistä aineista.

Emäksessä emäs liuotetaan veteen. Usein se on alkalimetallin suola. Emäs on hapon vastakohta, ja se voidaan neutraloida (laskea pH 7:ään) lisäämällä happoa.

Määritelmä ja kemialliset käsitteet

Yleisesti emäs voidaan määritellä kolmella tavallisella tavalla:

• Arrheniuksen määritelmä: aine, joka vapauttaa OH−-ioneja veteen (esim. NaOH → Na+ + OH−).
• Brønsted–Lowry: protonin vastaanottaja (happi-protonin, H+ vastaanottaja), esimerkiksi NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH−.
• Lewisin määritelmä: elektroni­parin vastaanottaja (esim. AlCl3 voi toimia Lewisin emäksenä tai happona riippuen kontekstista).

pH-arvo ja emäksen vahvuus

Emäksillä on pH yli 7. Mitä suurempi pH, sitä emäksisempi liuos. Emäksen vahvuudesta puhutaan yleensä kahdella tavalla:

• Vahvat emäkset dissosioituvat lähes täydellisesti vedessä (esim. natriumhydroksidi NaOH, kaliumhydroksidi KOH), jolloin OH−-ionien määrä liuoksessa on suuri.
• Heikot emäkset dissosioituvat vain osittain (esim. ammoniakki NH3), jolloin OH−-ionien pitoisuus on pienempi.

pH ja pOH liittyvät toisiinsa likimääräisesti kaavalla pH + pOH = 14 (25 °C olosuhteissa). Tämä ei ole absoluuttinen kaikissa lämpötiloissa, mutta antaa yleisen käsityksen.

Ominaisuudet

• Emäkset tuntuvat liuoksina liukkailta ja saippuamaisilta; tämä johtuu rasvojen ja proteiinien hydrolysoitumisesta.
• Ne muuttavat happaman ympäristön värejä: esimerkiksi lakmuspaperi muuttuu siniseksi emäksisessä liuoksessa.
• Sähköä johtavat vesiliuoksina, koska niissä on vapaita ioneja.
• Reagoivat happojen kanssa neutraloiden ne ja muodostaen suoloja ja vettä (H+ + OH− → H2O).
• Vahvat emäkset voivat olla syövyttäviä ja aiheuttaa palovammoja iholle ja materiaaleille.

Tyypillisiä esimerkkejä

• Natriumhydroksidi (NaOH) – vahva emäs, käytetään saippuanvalmistuksessa, viemärinavaajissa ja teollisuudessa.
• Kaliumhydroksidi (KOH) – vastaava NaOH:lle, käytetään mm. paristoissa ja elektrolyysissä.
• Ammoniakki (NH3) – heikompi emäs, käytetään puhdistusaineissa ja teollisissa lannoitteissa; vesiliuos muodostaa NH4+ ja OH−.
• Kalsiumhydroksidi (Ca(OH)2) – käytetään mm. maanparannuksessa, kalkituksessa ja rakennusteollisuudessa (sivelylime).
• Magnesiumhydroksidi (Mg(OH)2) – antasidina vatsahappo-ongelmiin.

Neutralointi ja reaktiot

Emäkset reagoivat happojen kanssa neutraloiden ne. Yleinen neutralointiyhtälö:

H+ + OH− → H2O

Esimerkki: NaOH + HCl → NaCl + H2O. Tällaisten reaktioiden avulla voidaan säätää liuoksen pH:ta halutulle tasolle.

Käyttökohteet

• Teollisuus: kemianteollisuus, pesuaineet, paperin- ja tekstiilintuotanto, öljynjalostus.
• Koti: puhdistusaineet, viemärinavaajat (NaOH), muut kodin puhdistustuotteet (ammoniakki-vesiliuokset).
• Maatalous: kalkitus ja pH:n säätö maaperässä (kalsium- ja magnesiumyhdisteet).
• Lääketiede ja apteekit: antasidit ja muut suun/elimistön pH:ta säätävät valmisteet.

Turvallisuus ja käsittely

• Vahvat emäkset ovat syövyttäviä: ne voivat vaurioittaa ihoa, silmiä ja hengitysteitä. Käytä suojakäsineitä, suojalaseja ja sopivaa suojavaatetusta käsiteltäessä.
• Älä koskaan lisää vettä kuumaan tai konsentroituun emäkseen äkillisesti — laimentaminen tulee tehdä aina lisäämällä emäs veteen hitaasti sekoittaen, jotta vältytään roiskeilta ja lämpötilan äkilliseltä nousulta.
• Hävittäminen tulee tehdä paikallisten jäteohjeiden mukaisesti.

Mittaus ja indikaattorit

pH voidaan mitata pH-mittarilla tai indikaattoripaperilla. Tavallisia pH-indikaattoreita ovat lakmuspaperi, fenoliftaleiini (joka muuttuu emäksisessä liuoksessa vaaleanpunaiseksi) ja muut väri-indikaattorit riippuen pH-alueesta.

Yhteenveto

Emäs (alkali) on vesiliuos, jolla on pH yli 7 ja joka voi luovuttaa tai tuottaa OH−-ioneja vedessä tai vastaanottaa H+-ioneja. Emäkset ovat keskeisiä kemiallisissa reaktioissa, teollisuudessa ja arkipäivän tuotteissa, mutta ne voivat olla haitallisia terveydelle ja materiaaleille, joten niiden käsittelyssä on noudatettava huolellisuutta ja turvallisuusohjeita.

Vahvuus

Happojen tapaan emäkset voivat olla heikkoja tai vahvoja riippuen niiden muodostavan ionisuolan luonteesta ja pitoisuudesta. Emästen vahvuus voidaan määrittää yleisindikaattorin avulla. Kuten happojen, myös emäksen vahvuus arvioidaan pH-asteikon avulla.

Esimerkiksi saippua ja hammastahna sisältävät heikkoja emäksiä, kun taas puhdistusaineet sisältävät usein vahvoja emäksiä.

 
Natriumhydroksidi  

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on alkali kemiassa?

K: Mistä sana "alkali" on peräisin?

K: Miksi veteen sekoitettua tuhkaa käytetään emäksisistä aineista valmistetuissa puhdistusaineissa?

K: Mikä on hapon vastakohta?

K: Voiko emäksisen aineen neutraloida?

K: Mitä vaaditaan, jotta ainetta voidaan pitää emäksisenä?

K: Minkä tyyppisiä metalleja käytetään usein emäksisen metallin suolan valmistukseen?

Hae kirjaimella