cele nauki
- Zidentyfikuj reakcję neutralizacji i przewiduj jej produkty.
w Rozdziale 3 „Atomy, cząsteczki i jony”, sekcja 3.5 „kwasy”, zdefiniowaliśmy kwas jako związek jonowy, który zawiera H+ jako kation. Jest to nieco nieprawidłowe, ale do czasu opracowania dodatkowych pojęć trzeba było poczekać na lepszą definicję. Teraz możemy na nowo zdefiniować kwas: kwas to każdy związek, który zwiększa ilość jonu wodorowego (H+) w roztworze wodnym. Chemicznym przeciwieństwem kwasu jest zasada. Równoważna definicja zasady polega na tym, że zasada jest związkiem, który zwiększa ilość jonu wodorotlenkowego (OH−) w roztworze wodnym. Te pierwotne definicje zostały zaproponowane przez Arrheniusa (tę samą osobę, która zaproponowała dysocjację jonów) w 1884 roku, więc są one określane jako Arrhenius definicja kwasu i zasady, odpowiednio.
możesz rozpoznać, że na podstawie opisu atomu wodoru, jon H+ jest atomem wodoru, który stracił swój samotny elektron; to znaczy, H+ jest po prostu protonem. Czy naprawdę mamy nagie protony poruszające się w roztworze wodnym? Nie. Bardziej prawdopodobne jest to, że Jon H+ przyłączył się do jednej (lub więcej) cząsteczki wody. Aby przedstawić to chemicznie, definiujemy jon hydroniowy H3O+(aq), cząsteczkę wody z dołączonym do niej dodatkowym Jonem wodorowym. jako H3O+, który stanowi dodatkowy proton przyłączony do cząsteczki wody. Używamy jonu hydroniowego jako bardziej logicznego sposobu pojawienia się jonu wodorowego w roztworze wodnym, chociaż w wielu reakcjach chemicznych h+ i H3O+ są traktowane równoważnie.
reakcja kwasu i zasady nazywana jest reakcją neutralizacji. Chociaż kwasy i zasady mają swoje unikalne chemikalia, kwas i zasada anulują wzajemnie chemię, tworząc raczej nieszkodliwą substancję-wodę. W rzeczywistości ogólna reakcja między kwasem a zasadą jest
kwas + zasada → woda + sól
, gdzie termin sól jest zwykle używany do określenia dowolnego związku jonowego (rozpuszczalnego lub nierozpuszczalnego), który powstaje w wyniku reakcji między kwasem a zasadą. (W chemii słowo sól odnosi się nie tylko do soli kuchennej.) Na przykład zrównoważone równanie chemiczne reakcji między HCl(AQ) i KOH(AQ) to
HCl(AQ) + KOH(AQ) → H2O(ℓ) + KCl (AQ)
, gdzie solą jest KCl. Zliczając liczbę atomów każdego pierwiastka, stwierdzamy, że jako produkt powstaje tylko jedna cząsteczka wody. Jednak w reakcji między HCl(AQ)i Mg(OH) 2(AQ), dodatkowe cząsteczki HCl i H2O są wymagane do zrównoważenia równania chemicznego:
2 HCl(AQ) + Mg(OH) 2(Aq) → 2 H2O(ℓ) + MgCl2 (AQ)
tutaj solą jest MgCl2. (Jest to jedna z kilku reakcji, które mają miejsce, gdy rodzaj środka zobojętniającego kwas żołądkowy—zasada—jest stosowany w leczeniu kwasu żołądkowego.)
reakcje neutralizacji to jeden rodzaj reakcji chemicznej, która przebiega nawet wtedy, gdy jeden reagent nie znajduje się w fazie wodnej. Na przykład reakcja chemiczna między HCl(AQ)i fe(OH) 3(s) nadal przebiega zgodnie ze wzorem
3 HCl(AQ) + Fe(OH) 3(S) → 3 H2O(ℓ) + FeCl3(aq)
, mimo że Fe (OH) 3 nie jest rozpuszczalny. Kiedy zdamy sobie sprawę, że Fe(OH)3(S) jest składnikiem rdzy, wyjaśnia to, dlaczego niektóre roztwory do czyszczenia plam rdzy zawierają kwasy—reakcja neutralizacji wytwarza produkty, które są rozpuszczalne i zmywalne. (Mycie kwasami takimi jak HCl jest jednym ze sposobów usuwania rdzy i plam rdzy, ale HCl należy stosować ostrożnie!)
całkowite i netto reakcje jonowe dla reakcji neutralizacji będą zależeć od tego, czy reagenty i produkty są rozpuszczalne, nawet jeśli kwas i zasada reagują. Na przykład w reakcji HCl(AQ) i NaOH(AQ)
HCl(AQ) + NaOH(AQ) → H2O(ℓ) + NaCl(aq)
całkowita reakcja jonowa to
h+(aq) + Cl−(aq) + na+(AQ) + OH−(AQ) → H2O(ℓ) + Na+(AQ) + Cl−(AQ)
jony na+(AQ) i CL−(AQ) są jonami obserwacyjnymi, więc możemy je usunąć, aby mieć
h+(AQ) + Oh−(AQ) → H2O(ℓ)
jako równanie jonowe netto. Gdybyśmy chcieli zapisać to w kategoriach jonu hydroniowego, H3O+(aq), zapisalibyśmy to jako
H3O+(aq) + OH−(AQ) → 2H2O(ℓ)
z wyjątkiem wprowadzenia dodatkowej cząsteczki wody, te dwa równania jonowe netto są równoważne.
jednak dla reakcji pomiędzy HCl(AQ) i Cr(OH) 2 (S), ponieważ wodorotlenek chromu (II) jest nierozpuszczalny, nie możemy rozdzielić go na jony dla pełnego równania jonowego:
2 H+(aq) + 2 Cl−(AQ) + Cr(OH)2(S) → 2 H2O(ℓ) + Cr2+(Aq) + 2 Cl−(aq)
jony chlorkowe są tu jedynymi jonami obserwacyjnymi, więc równanie jonowe netto to
2 h+(AQ) + Cr(OH)2(S) → 2 H2O(ℓ) + Cr2+(AQ)