Happihappo

Epäorgaanisten happi­happojen kemialliset kaavat ovat muotoa H_mXO_n, jossa X on keskus­atomina toimivan alku­aineen kemiallinen merkki ja para­metrien m ja n arvot riippuvat sen hapetusasteesta. Alkuaine X on yleensä epämetalli, mutta myös muutamat metallit, kuten kromi ja mangaani, muodostavat korkeimmilla hapetus­asteillaan happi­happoja.[1]

Yksin­kertaistetussa muodossa voidaan happi­hapon rakenne esittää muodossa M-O-H, jossa keskus­atomiin M voi kuitenkin OH-ryhmän lisäksi olla liittyneinä muitakin atomeja tai atomi­ryhmiä. Tällainen molekyyli voi liuoksessa jakautua ioneiksi kahdella tavalla:

M-O-H ⇄ (M-O)^- + H⁺

M-O-H ⇄ (M⁺ + OH^-[1]

Jos keskusatomi M on voimakkaasti elektro­negatiivinen, se vetää voimakkaasti puoleensa happi­atomin elektroneja. Tällöin happi- ja vetyatomin välinen sidos on heikko ja yhdiste ionisoituu herkästi edellä ensimmäisenä esitetyn reaktioyhtälön mukaisesti. Yhdiste MOH on tässä tapauksessa siis happo, koska se luovuttaa protonin eli vety­ionin. Esimerkiksi typpi, rikki ja kloori ovat vahvasti elektro­negatiivisia alku­aineita, ja sen vuoksi typpihappo, rikkihappo ja perkloorihappo ovatkin vahvoja happoja.

Jos kuitenkin M:n elektro­negatiivisuus on pieni, yhdiste jakautuu ioneiksi jälkimmäisenä esitetyn reaktio­yhtälön mukaisesti, ja MOH on emäksinen hydroksidi. Tällaisia ovat esimerkiksi natriumhydroksidi NaOH ja kalsiumhydroksidi Ca(OH)₂.[1] Jos M:n elektro­negatiivisuus on sillä välillä, yhdiste saattaa myös olla amfo­teerinen, jolloin se voi ionisoitua edellisellä tavalla emäksen, jälkimmäisellä tavalla hapon läsnä ollessa.[1]

Kuumennettaessa monista happi­hapoista lohkeaa vettä, jolloin syntyy hapon anhydridi. Tällaiset anhydridit ovat yleensä epä­metallien oksideja, esimerkiksi hiilidioksidi CO₂ on hiili­hapon H₂CO₃ ja rikkitrioksidi SO₃ rikki­hapon H₂SO₄ anhydridi. Veden kanssa nämä anhydridit reagoivat muodostaen happi­happoja.[2]

Happihappoja ovat myös orgaaniset hapot, kuten karboksyyli­hapot ja fenolit.[1] Niiden molekyylirakenne on kuitenkin selvästi moni­mutkaisempi kuin epäorgaanisten happi­happojen.

Suurin osa hapoista kuuluu happi­happoihin.[1] Lavoisier otaksuikin 1700-luvulla, että happea on kaikissa hapoissa ja että se on syynä niiden happamuuteen. Tästä syystä hän antoikin kyseiselle alku­aineelle nimen oxygenium, joka johtuu hapon muodostajaa tarkoittavista kreikan­kielisistä sanoista,[3] ja samaan asiaan viittaa myös hapen suomen­kielinen nimi. Myöhemmin Humphry Davy kuitenkin osoitti, että esimerkiksi suolahappo ei sisällä happea[4], vaan se on vetykloridin (HCl) vesi­liuos. Tällaisia happoja, jotka eivät sisällä happea, nimitetään vetyhapoiksi.[1]

Monille epäorgaanisille happi­hapoille käytetään vanhastaan nimiä, jotka päättyvät sanaan happo ja joissa lisäksi esiintyy sen alku­aineen nimi, jota hapossa on vedyn ja hapen lisäksi. Sellaisia ovat esimerkiksi rikkihappo, typpihappo ja fosforihappo.

Tämä käytäntö on täysin vakiintunut, ja myös IUPAC on sen hyväksynyt, mutta kemian nykyisen nimistön kannalta se on varsin poikkeuksellinen, koska muiden yhdisteiden systemaattiset nimet muodostetaan ainoastaan niiden koostumuksen ja molekyylirakenteen, ei muiden ominaisuuksien (kuten happo­luonteen) perusteella.[5]

IUPAC ei kuitenkaan enää suosittele tulevaisuudessa löydettäville uusille yhdisteille happo-loppuisten nimien käyttöön­ottoa.[5] Hapoille voidaankin käyttää myös nimiä, jotka muodostetaan liittämällä vastaavan anionin nimen eteen sana vety, esimerkiksi rikki­happoa voitaisiin nimittää vety­sulfaatiksi.[6] Täysin systemaattinen, IUPAC:in yleisten nimistö­sääntöjen mukainen nimi rikkihapolle olisi kuitenkin dihydroxido­dioxido­sulfur ja sulfaatti-ionille tetra­oxido­sulfate(2-)[7], mutta tällaisia nimiä ei juuri käytetä.

Sama alkuaine voi kuitenkin muodostaa vedyn ja hapen kanssa useitakin happoja. Tällöin hapon suomen­kielisessä nimessä käytetään happo-sanan sijasta sana hapoke sillä hapolla, jonka molekyylissä on yksi happi­atomi vähemmän kuin varsinaisella hapolla ja joka useimmiten on samalla heikompi happo. Niinpä esimerkiksi rikki­happo on H₂SO₄ ja rikki­hapoke H₂SO₃, samoin vastaavasti typpi­happo HNO₃ ja typpi­hapoke HNO₂. Muissa kielissä nimet muodostetaan eri tavoin. Esimerkiksi englannin kielessä nämä erotetaan toisistaan käyttämällä alkuaineen nimessä johdinta -ic tai ous; niinpä rikki­happo on sulfuric acid ja rikki­hapoke sulfurous acid. Jos happoja, jotka eroavat toisistaan happi­atomien lukumäärän perusteella, on enemmänkin, nimen alkuun lisätään eräissä tapauksissa vielä etuliite per- tai hypo-. Etuliitettä per- käytetään kuitenkin vain ryhmän 7 alkuaineiden ja halogeenien muodostamien happojen nimissä.[6] Esimerkiksi kloorin muodostamat happi­hapot ovat seuraavat:

• hypokloorihapoke (engl. hypochlorous acid) HClO
• kloorihapoke (engl. chlorous acid) HClO₂
• kloorihappo (engl. chloric acid) HClO₃
• perkloorihappo (engl. perchloric acid) HClO₄

Niiden oksianionien ja niiden muodostamien suolojen nimissä, jotka saadaan poistamalla haposta vety­ionit, vastaa pääte -iitti sitä happoa, jonka nimessä on sana hapoke, ja -aatti sitä happoa, jonka nimessä on sana happo. Niinpä esimerkiksi sulfiitti-ioni on SO₃^2- ja sulfaatti-ioni SO₄^2-. Etuliitteitä hypo- ja per- käytetään myös anionien ja suolojen nimissä, esimerkiksi perkloraatti-ioni on ClO₄^-.[6]

Muutamissa tapauksissa käytetään happi­happojen ja myös niistä johtuvien anionien nimissä etu­liitteitä orto- ja para-, jolloin etuliite para merkitsee happoa, jonka voidaan ajatella muodostavan poistettaessa vastaavasta orto-haposta vettä. Esimerkiksi fosforihappoa H₃PO₄ on toisinaan nimitetty myös orto­fosfori­hapoksi erotukseksi meta­fosfori­haposta HPO₃.[6] IUPAC:in nykyisten ohjeiden mukaan etuliitettä orto- tulisi kuitenkin enää käyttää ainoastaan orto­telluuri­hapon ja orto­per­jodi­hapon nimissä.[8]

• Antti Kivinen, Osmo Mäkitie: Kemia. Otava, 1988. 951-1-10136-6.
• Nomenclature of Inorganic Compounds, IUPAC Recommendations 2005 (Red Book 2005). International Union of Pure and Applied Chemistry, 2005. ISBN 0-85404-438-8. Teoksen verkkoversio.
• Otavan suuri ensyklopedia, 2. osa (Cid-Harvey). Otava, 1977. ISBN 951-1-01470-3.