Einführende Chemie- 1. kanadische Ausgabe

In Kapitel 3 „Atome, Moleküle und Ionen“, Abschnitt 3.5 „Säuren“ haben wir eine Säure als eine ionische Verbindung definiert, die H+ als Kation enthält. Dies ist etwas falsch, aber bis zusätzliche Konzepte entwickelt wurden, musste eine bessere Definition warten. Jetzt können wir eine Säure neu definieren: eine Säure ist jede Verbindung, die die Menge an Wasserstoffionen (H +) in einer wässrigen Lösung erhöht. Das chemische Gegenteil einer Säure ist eine Base. Die äquivalente Definition einer Base ist, dass eine Base eine Verbindung ist, die die Menge an Hydroxidion (OH−) in einer wässrigen Lösung erhöht. Diese ursprünglichen Definitionen wurden 1884 von Arrhenius (der gleichen Person, die die Ionendissoziation vorschlug) vorgeschlagen, so dass sie als Arrhenius-Definition einer Säure bzw. einer Base bezeichnet werden.

Sie können erkennen, dass, basierend auf der Beschreibung eines Wasserstoffatoms, ein H + -Ion ein Wasserstoffatom ist, das sein einsames Elektron verloren hat; das heißt, H + ist einfach ein Proton. Haben wir wirklich nackte Protonen, die sich in wässriger Lösung bewegen? Nein. Wahrscheinlicher ist, dass sich das H + -Ion an ein (oder mehrere) Wassermolekül (e) gebunden hat. Um dies chemisch darzustellen, definieren wir das Hydroniumion H3O +(aq), ein Wassermolekül mit einem zusätzlichen Wasserstoffion. als H3O +, das ein zusätzliches Proton darstellt, das an ein Wassermolekül gebunden ist. Wir verwenden das Hydronium-Ion als die logischere Art und Weise, wie ein Wasserstoff-Ion in einer wässrigen Lösung erscheint, obwohl in vielen chemischen Reaktionen H + und H3O + äquivalent behandelt werden.

Die Reaktion einer Säure und einer Base wird als Neutralisationsreaktion bezeichnet. Obwohl Säuren und Basen ihre eigene einzigartige Chemie haben, heben Säure und Base die Chemie des anderen auf, um eine ziemlich harmlose Substanz zu produzieren — Wasser. In der Tat ist die allgemeine Reaktion zwischen einer Säure und einer Base

Säure + Base → Wasser + Salz

wobei der Begriff Salz im Allgemeinen verwendet wird, um jede ionische Verbindung (löslich oder unlöslich) zu definieren, die aus einer Reaktion zwischen einer Säure und einer Base gebildet wird. (In der Chemie bezieht sich das Wort Salz auf mehr als nur Speisesalz.) Zum Beispiel ist die ausgewogene chemische Gleichung für die Reaktion zwischen HCl(aq) und KOH(aq)

HCl(aq) + KOH(aq) → H2O(ℓ) + KCl(aq)

wobei das Salz KCl ist. Wenn wir die Anzahl der Atome jedes Elements zählen, stellen wir fest, dass nur ein Wassermolekül als Produkt gebildet wird. Bei der Reaktion zwischen HCl(aq) und Mg(OH)2(aq) sind jedoch zusätzliche Moleküle von HCl und H2O erforderlich, um die chemische Gleichung auszugleichen:

2 HCl(aq) + Mg(OH)2(aq) → 2 H2O(ℓ) + MgCl2(aq)

Hier ist das Salz MgCl2. (Dies ist eine von mehreren Reaktionen, die stattfinden, wenn eine Art von Antazida – eine Base – zur Behandlung von Magensäure verwendet wird.)

Neutralisationsreaktionen sind eine Art chemischer Reaktion, die auch dann abläuft, wenn sich ein Reaktant nicht in der wässrigen Phase befindet. Zum Beispiel verläuft die chemische Reaktion zwischen HCl(aq) und Fe(OH)3(s) immer noch gemäß der Gleichung

3 HCl(aq) + Fe(OH)3(s) → 3 H2O(ℓ) + FeCl3(aq)

, obwohl Fe(OH)3 nicht löslich ist. Wenn man erkennt, dass Fe (OH) 3 (s) ein Bestandteil von Rost ist, erklärt dies, warum einige Reinigungslösungen für Rostflecken Säuren enthalten — die Neutralisationsreaktion erzeugt Produkte, die löslich sind und wegwaschen. (Waschen mit Säuren wie HCl ist eine Möglichkeit, Rost und Rostflecken zu entfernen, aber HCl muss mit Vorsicht verwendet werden!)

Vollständige und nettoionische Reaktionen für Neutralisationsreaktionen hängen davon ab, ob die Reaktanten und Produkte löslich sind, selbst wenn Säure und Base reagieren. Zum Beispiel ist bei der Reaktion von HCl(aq) und NaOH(aq)

HCl(aq) + NaOH(aq) → H2O(ℓ) + NaCl(aq)

die vollständige ionische Reaktion

H+(aq) + Cl−(aq) + Na+(aq) + OH−(aq) → H2O(ℓ) + Na+(aq) + Cl−(aq)

Die Na + (aq) − und Cl−(aq) -Ionen sind negative Ionen, daher können wir sie entfernen, um

H+(aq) + OH-(aq) → H2O(ℓ)

als Nettoionengleichung zu erhalten. Wenn wir dies in Bezug auf das Hydroniumion H3O+(aq) schreiben wollten, würden wir es schreiben als

H3O+(aq) + OH−(aq) → 2H2O(ℓ)

Mit Ausnahme der Einführung eines zusätzlichen Wassermoleküls sind diese beiden Nettoionengleichungen äquivalent.

Für die Reaktion zwischen HCl (aq) und Cr (OH)2 (s) können wir es jedoch für die vollständige Ionengleichung nicht in Ionen aufteilen, da Chrom (II) -hydroxid unlöslich ist:

2 H+(aq) + 2 Cl-(aq) + Cr(OH)2(s) → 2 H2O(ℓ) + Cr2+(aq) + 2 Cl-(aq)

Die Chloridionen sind hier die einzigen Chloridionen, daher lautet die Nettoionengleichung

2 H+(aq) + Cr(OH)2(s) → 2 H2O(ℓ) + Cr2+(aq)