Кислотно щелочная реакция

Кислотно-щелочная реакция — это реакция нейтрализация кислоты основание, в результате чего образуется соль и вода.

Кислоты является любое водородсодержащее вещество, которое готово отдать протон (молекулу водорода H) другому веществу, например серная кислота H₂SO₄.

Основание — это молекула или группа молекул, готовых принять молекулу водорода от реактива, например гидроксид натрия NaOH.

Кислотные вещества обычно распознаются по их резкому вкусу. Кислота — это, по сути, молекула, которая может отдавать молекулу H⁺ и может оставаться энергетически стабильной при недостатке H⁺. Известно, что кислоты окрашивают лакмусовую бумагу в синий цвет.

Основания, конечно же, имеют неприятный вкус и неустойчивую поверхность. Основание, которое можно растворить в воде, называется солью.

Именно когда эти вещества вступают в реакцию с кислотами, они образуют соли. Известно, что основания окрашивают красную лакмусовую бумагу в синий цвет.

Содержание страницы

Химические определения

Термины «кислота» и «основание» описывались по-разному в зависимости от конкретной точки зрения на свойства кислотности и основности.

Аррениус сначала описывал кислоты как смеси, которые ионизируются с образованием частиц водорода, а основания — как соединения, которые ионизируются с образованием частиц гидроксида.

Согласно определению Лоури-Бронстеда, кислота — это донор протонов, а основание — акцептор протонов.

Согласно определению Льюиса, кислоты — это частицы или соединения, способные образовывать связи с неподелёнными парами электронов.

А основания — это ионы или соединения, имеющие неподелённые пары электронов, способные образовывать связи с кислотами.

Чтобы быть кислотой в понимании Льюиса, молекула должна быть электронодефицитной.

Это самое широкое определение основания. Все кислоты Лоури-Бронстеда являются кислотами Льюиса, однако определение Льюиса объединяет различные реагенты, например, трифторид бора, хлорид алюминия и т. д.

Теории кислот и оснований

Для описания кислот и оснований были выдвинуты три теории:

Теорию Аррениуса.
Теорию Бренстеда-Лоури.
Теорию Льюиса о кислотах и основаниях.

Кислоты и основания можно описать с помощью трёх конкретных теорий.

Теория Аррениуса о кислотах и основаниях гласит, что «кислота в реакции образует H⁺ частицы, а основание в реакции образует молекулу OH».

Теория Бренстеда-Лоури изображает «кислоту как поставщика протонов, а основание — как акцептора протонов».

Значение Льюиса для кислот и оснований заключается в том, что «кислоты являются акцепторами электронных пар, а основания — донорами электронных пар».

РН кислот и оснований

Чтобы определить числовое значение уровня кислотности или щёлочности вещества, можно использовать шкалу pH (где pH означает «активность водорода»).

Шкала pH — это наиболее распространённый и надёжный метод оценки кислотности или щёлочности вещества.

Шкала pH может варьироваться от 0 до 14, где 0 — самая кислая, а 14 — самая щёлочная среда.

Другой способ проверить, является ли вещество кислотой или щёлочью, — использовать лакмусовую бумагу.

Существует два вида лакмусовой бумаги, которые можно использовать для определения кислот и щёлочей:

Красная лакмусовая бумага.
И синяя лакмусовая бумага.

Синяя лакмусовая бумага становится красной в кислой среде, а красная лакмусовая бумага становится синей в щелочной среде.

Свойства кислот и оснований

Свойства кислот:

Кислоты агрессивны по своей природе.
Они являются невероятными передатчиками силы.
Их уровень рН достоверно ниже 7.
При взаимодействии с металлами эти вещества образуют газообразный водород (есть исключения).
Кислоты — вещества с жестоким вкусом.

Например:

Серная кислота H₂SO₄.
Соляная кислота HCl.
Азотная кислота HNO₃.
Уксусная кислота CH₃COOH.

Кислотно-щелочные реакции играют важную роль как в промышленной химии, так и в биохимии.

Многие вещества, с которыми мы сталкиваемся дома, в супермаркетах и аптеках, являются либо кислотами, либо основаниями.

Например, аспирин и уксус — это кислоты, а антациды — это основания. Лимон — это кислота, а киви — щёлочь. Вкус продуктов также обусловлен наличием в них кислот и оснований.

Что такое кислоты и основания

Кислоты это вещества, которые растворяются в воде с образованием H⁺ ионов и способны отдавать протон (ион водорода) другому веществу.

А основания — как вещества, которые растворяются в воде с образованием OH^— ионов и представляют собой молекулы или ионы, способные принимать ион водорода от кислоты.

Общие свойства кислот и оснований были известны людям более тысячи лет. Определения кислот и оснований сильно изменились по мере того, как учёные узнавали о них больше.

Кислоты обычно распознают по их кислому вкусу. Кислота — это, по сути, молекула, которая может отдавать H⁺ ионы и может оставаться активной даже после потери H⁺ ионов.

Кислоты окрашивают синюю лакмусовую бумагу в красный цвет.

С другой стороны, основание — это любое вещество, которое имеет горький вкус, скользкое на ощупь и окрашивает красную лакмусовую бумагу в синий цвет.

Мы сталкиваемся с реакциями между кислотой и основанием в повседневной жизни. Сок апельсина, лимона или грейпфрута, который мы пьём, содержит лимонную кислоту.

Если молоко оставить на некоторое время, оно может прокиснуть, так как содержит молочную кислоту.

Уксус, который мы используем, содержит уксусную кислоту. Таким образом, химическая связь образуется в результате взаимодействия кислоты и основания.

Свойства молекулы легче понять, если разделить их на кислотные и основные фрагменты.

Теории кислот и оснований

Существует три различные теории, определяющие кислоты и основания. К этим теориям относятся теория Аррениуса, теория Бренстеда-Лоури и концепция Льюиса о кислотах и основаниях.

Определение кислот и оснований по Аррениусу:

Первым, кто подробно описал кислоты и основания, был шведский химик Аррениус. Согласно его определению, кислота — это вещество, которое растворяется в воде с образованием ионов H⁺.

А основание — это вещество, которое растворяется в воде с образованием гидроксильных (OH^—) ионов.

HCl(г) → H⁺(р-р) + Cl^— (р-р) (HCl — кислота Аррениуса)

NaOH(s) → Na⁺ (aq) + OH^— (aq) (NaOH является основанием по Аррениусу)

Идеи Аррениуса получили широкое признание, они успешно объясняют реакцию между кислотами и основаниями, в результате которой образуются соли и вода.

Ограниченность определений кислот и оснований, данных Аррениусом, заключается в том, что они не объясняют, как вещества, не содержащие гидроксид-ионов, образуют основные растворы при растворении в воде, например: NO₂^— и F^—.

Реакция между аммиаком (основанием) и газообразным HCl (кислотой) с образованием хлорида аммония не является примером кислотно-щелочной реакции, поскольку в ней не участвуют H⁺ и OH^— :

NH₃(г) + HCl(г) → NH₄Cl(т)

Свойства оснований

Несколько свойств, таких как насыщенный вкус, присущи всем основаниям. При погружении в воду выделяют энергию, поскольку в процессе их действия участвуют заряженные частицы.

При попадании на них обнаруживается пенистая поверхность.

При растворении в воде эти вещества выделяют частицы гидроксида (OH –частицы).

В своих жидких состояниях основания, вероятно, являются невероятными проводниками энергии.

При взаимодействии с основаниями pH гарантированно выше 7.

Основы — это вещества с неприятным вкусом, которые могут становиться красными, как лакмусовая бумажка синего цвета.

Примеры: гидроксид натрия NaOH, магнезия Mg (OH)₂, гидроксид кальция Ca(OH)₂.

Нейтральные вещества

Нейтральное вещество — это вещество, которое не обладает разрушительными или основными свойствами, содержит сопоставимое количество атомов водорода и гидроксильных частиц и не меняет цвет лакмусовой бумаги.

Эти вещества не содержат никаких кислотных или основных компонентов.

Их рН был оценен в 7.

Эти вещества не воздействуют на красную или синюю лакмусовую бумажку.

Общий уровень рН чистой воды составляет 7.

Примеры нейтральных веществ: Вода, обычная соль (NaCl).

Определение кислот и оснований по Бронстеду–Лоури

Согласно Бронстеду и Лоури, кислоты по Бронстеду подвергаются диссоциации с образованием протонов и следовательно, увеличивают концентрацию H⁺ ионов в растворе.

А основание по этой теории определяется как акцептор протонов (или H⁺ ионов).

Определение кислоты по Бронстеду и Лоури аналогично определению Аррениуса, за исключением того, что оно не ограничивается только водными растворами.

Определение основания по Бренстеду — Лоури гораздо более общее, поскольку гидроксид-ион — лишь одно из многих веществ, которые могут принимать протон.

Преимуществом определения кислот и оснований по Бренстеду — Лоури является его способность объяснять кислотную или основную природу ионных соединений.

Основное ограничение теории Бренстеда — Лоури заключается в том, что она не объясняет, почему соединения, не содержащие водорода, проявляют кислотные свойства, например: BF₃ и AlCl₃.

Концепция Льюиса о кислотах и основаниях

Согласно концепции Льюиса о кислотах, кислота — это вещество, которое имеет свободную орбиталь и, следовательно, способно принимать электронную пару.

Основание Льюиса может содержать неподелённую пару электронов и выступать в качестве донора электронной пары.

Кислоты Льюиса являются электрофильными по своей природе, а основания Льюиса — нуклеофильными.

Кислота Льюиса может принять электронную пару от основания Льюиса и в процессе образовать координационную ковалентную связь.

В этой теории не учитываются атомы водорода и гидроксида при определении кислот и оснований.

Кислоты Льюиса: Cu2+, BF3, Fe2+, Fe3+, основания Льюиса: F^—, NH₃, AlCl₃, C₂H₄.

Основное преимущество этой концепции заключается в том, что многие соединения можно определить как кислоты и основания.

Однако она не учитывает силу кислот и оснований.

Главный недостаток этой теории заключается в том, что она не объясняет кислотно-щелочную реакцию, которая не предполагает образования координационной ковалентной связи.

Разница между кислотой и основаниями

Кислоты	Основания
Выделяет ионы водорода в водном растворе	Дают гидроксид ион в водном растворе
Окрашивает синюю лакмусовую бумажку в красную	Окрашивают красную лакмусовую бумажку в синюю
Её значение рН изменяется от 1 до 7	Её значение рН изменяется от 7 до 14
Имеет кисловатый вкус	Горьковатый вкус
Пример: H₂SO₄, HNO₃, HCl, CH3COOH и другие.	Пример: KOH, NaOH, Mg(OH)₂ и другие

Значение рН кислот и оснований

Природа раствора (кислая, щелочная или нейтральная) может быть представлена в терминах концентрации ионов водорода или концентрации гидроксид-ионов.

Но удобно выражать кислотность или щёлочность раствора, ссылаясь только на концентрацию ионов водорода.

Измерение pH выполняется с помощью индикаторной бумаги и pH-метра.

Концентрация ионов водорода выражается в виде числового значения отрицательной степени, в которую необходимо возвести 10.

Это числовое значение отрицательной степени называется pH, pH = -log [H⁺] .

pH раствора определяется как отрицательный логарифм концентрации (в молях на литр) содержащихся в нём ионов водорода, или pH раствора можно определить как логарифм обратной величины концентрации ионов H⁺.

Кислоты имеют pH меньше 7, основания имеют pH больше 7, а нейтральные растворы имеют pH, равный 7.