Kyseliny a zásady (Čeština)

Definice kyselin a zásad
a role vody

Vlastnosti kyselin a zásad podle Boyle

V roce 1661 Robert Boyle shrnul vlastnosti kyselin následovně.

1. Kyseliny mají kyselou chuť.

2. Kyseliny jsou korozivní.

3. Kyseliny mění barvu některých rostlinných barviv, například aslitmus, z modré na červenou.

4. Kyseliny ztrácejí kyselost, když se kombinují s alkáliemi.

Název „kyselina“ pochází z latiny acidus, což znamená „kyselý“, a odkazuje na ostrý zápach a chuť mnoha kyselin.

Příklady: Ocet chutná kyselě, protože je to zředěný roztok kyseliny octové ve vodě. Citronová šťáva chutná kysele, protože obsahuje kyselinu citrónovou. Mléko zakysá, když se zkazí, protože se tvoří kyselina mléčná, a nepříjemný kyselý zápach shnilého masa nebo másla lze připsat sloučeninám, jako je butyricacid, které se tvoří, když se tuk kazí.

V roce 1661 Boyle shrnul vlastnosti alkálií. následuje.

• Alkálie jsou kluzké.
• Alkálie mění barvu lakmusu z červené na modrou.
• Alkálie se stávají méně zásaditými, když se zkombinují s kyseliny.

Boyle v zásadě definoval zásady jako látky, které konzumují nebo neutralizují kyseliny. Kyseliny ztrácejí svou charakteristickou kyselou chuť a schopnost rozpouštět kovy, když jsou smíchány s alkáliemi. Alkálie dokonce zvrátí změnu barvy, ke které dochází při kontaktu s kyselinou. Nakonec se alkálie staly známými jako zásady, protože slouží jako „báze“ vytvářející určité soli.

Arrheniova definice kyselin a zásad

V roce 1884 Svante Arrhenius navrhl, aby soli, jako je NaCldissociate, když se rozpustily ve vodě za vzniku částic označovaných jako ionty.

O tři roky později Arrhenius rozšířil tuto teorii tím, že navrhl, že kyseliny jsou neutrální sloučeniny, které ionizují, když se rozpustí ve vodě za vzniku iontů H + a odpovídajícího negativního iontu. Podle jeho teorie je chlorovodík kyselinou, protože ionizuje, když se rozpouští ve vodě za vzniku vodíkových (H +) a chloridových (Cl-) iontů uvedených na obrázku níže.

Arrhenius tvrdil, že báze jsou neutrální sloučeniny, které se buď disociují, nebo ionizují ve vodě za vzniku iontů OH a pozitivního iontu. NaOH je Arrheniova báze, protože disociuje ve vodě za vzniku hydroxidových (OH-) a sodných (Na +) iontů.

Kyselina Arrheniova je tedy jakákoli látka thationizing, když se rozpouští ve vodě za vzniku H + nebo vodíkového iontu.

Arrheniova báze je jakákoli látka, která dává OH- nebo hydroxidový iont, když se rozpouští ve vodě.

Kyseliny arrheniové zahrnují sloučeniny, jako je HCl, HCN a H2SO4, které ionizují ve vodě za vzniku H + iontu. Arrheniusovy báze zahrnují iontové sloučeniny, které obsahují OH-ionty, jako jsou NaOH, KOH a Ca (OH) 2.

Tato teorie vysvětluje, proč mají kyseliny podobné vlastnosti: Charakteristické vlastnosti kyselin jsou výsledkem přítomnosti H + iont vznikající při rozpuštění kyseliny ve vodě. Vysvětluje také, proč kyseliny neutralizují zásady a naopak. Kyseliny poskytují iont H +; báze poskytují OH-iont; a tyto ionty se spojí a vytvoří vodu.

H + (aq) + OH- (aq) H2O (l)

Arrheniova teorie má několik nevýhod .

• Lze jej použít pouze na reakce, ke kterým dochází ve vodě, protože definuje kyseliny a zásady, pokud jde o to, co se stane, když se sloučeniny rozpustí ve vodě.
• vysvětlete, proč se některé sloučeniny, ve kterých má vodík oxidační číslo +1 (například HCl), rozpouštějí ve vodě za vzniku kyselých roztoků, zatímco jiné (například CH4) ne.
• Jako sloučeniny Arrhenius lze klasifikovat pouze sloučeniny, které obsahují OH-ion. Arrheniova teorie nemůže vysvětlit, proč jiné sloučeniny (například Na2CO3) mají charakteristické vlastnosti bází.

Role H + a OH-iontů v chemii vodných roztoků

Bekuasový kyslík (EN = 3,44) je mnohem více elektronegativethan vodík (EN = 2,20), elektrony v HObondech ve vodě nejsou „sdíleny rovnoměrně atomy vodíku a kyslíku.“ Tyto elektrony jsou přitahovány k atomu kyslíku ve středu molekuly a od atomů vodíku na jednom konci. Výsledkem je, že molekula vody je polární. Atom kyslíku nese částečný záporný náboj (-) a atomy vodíku nesou částečný kladný náboj (+).

Když se distancují na tvoří ionty, molekuly vody proto tvoří pozitivně nabitý iont H + a negativně nabitý iont OH-.

Může také dojít k opačné reakci. H + ionty se mohou kombinovat s ionty OH – za vzniku neutrálních molekul vody.

Fakt, že molekuly vody disociují za vzniku iontů H + a OH-, které se pak mohou rekombinovat za vzniku vodních molekul, naznačuje následující rovnice.

Do jaké míry se voda odděluje od iontů?

Při 25 ° C je hustota vody 0,9971 g / cm3 nebo 0,9971 g / ml. Koncentrace vody je proto 55,35 molární.

Koncentrace iontů H + a OH- vytvořená disociací neutrálních molekul H2O při této teplotě je pouze 1,0 x 10-7 mol / l. Poměr koncentrace H + (nebo OH-) iontu ke koncentraci neutrálních molekul H2O je tedy 1,8 x 10-9.

Jinými slovy, pouze asi 2 částice na miliardu (ppb) molekul vody se při pokojové teplotě disociují na ionty. Obrázek níže ukazuje model 20 molekul vody, z nichž jedna disociovala za vzniku páru iontů H + a OH. Pokud by tato ilustrace byla fotografií s velmi vysokým rozlišením struktury vody, setkali bychom se s dvojicí iontů H + a OH- v průměru jen jednou na každých 25 milionů takových fotografií.

Definice kyselin a Zásady

Skutečnost, že voda disociuje za vzniku iontů H + a OH-iontů v reverzibilní reakci, je základem pro funkční definici kyselin a zásad, která je silnější než definice navržené Arrheniem. V provozním smyslu je kyselina jakákoli látka, která zvyšuje koncentraci iontu H +, když se rozpouští ve vodě. Bází je jakákoli látka, která zvyšuje koncentraci OH-iontu, když se rozpouští ve vodě.

Tyto definice spojují teorii kyselin a zásad s jednoduchým laboratorním testem na kyseliny a zásady. Abychom rozhodli, zda je sloučenina kyselina nebo báze, rozpustíme ji ve vodě a otestujeme roztok, abychom zjistili, zda se zvýšila koncentrace H + nebo OH-iontů.

Typické kyseliny a báze

Vlastnosti kyselin a zásad vyplývají z rozdílů mezi chemií kovů a nekovy, jak je patrné z chemie těchto tříd sloučenin: vodík, oxidy a hydroxidy.

Sloučeniny, které obsahují vodík vázaný na nekov, se nazývají nekovové hydridy. Protože obsahují vodík ve stavu oxidace +1, mohou tyto sloučeniny působit jako zdroj iontu H + ve vodě.

Hydridy kovů na druhé straně obsahují vodík vázaný na kov. Protože tyto sloučeniny obsahují vodík v oxidačním stavu a-1, disociují se ve vodě za vzniku H- (nebo hydridového) iontu.

H-ion se svým párem valenčních elektronů může vytvořit H + iont z molekuly vody.

Vzhledem k tomu, že odstranění iontů H + z molekul vody je jedním ze způsobů, jak zvýšit koncentraci OH-iontů v průběhu rozpouštění, jsou hydridy kovů bázemi.

Podobný vzorec lze najít v chemii oxidů tvořených kovy a nekovy. Oxidy nekovů se rozpouštějí ve vodě za vzniku kyselin. CO2 se rozpouští ve vodě na kyselinu karbonovou, SO3 na kyselinu sírovou a P4O10 reaguje s vodou na kyselinu fosforečnou.

Oxidy kovů , na druhé straně, jsou základny. Metaloxidy formálně obsahují iont O2, který reaguje s vodou za vzniku dvojice iontů OH.

Oxidy kovů proto odpovídají provozní definici abase.

Stejný vzorec vidíme v chemii sloučenin, které obsahují OH, nebo hydroxid, skupina. Hydroxidy kovů, jako jsou LiOH, NaOH, KOH a Ca (OH) 2, jsou báze.

Nekovové hydroxidy, jako je kyselina chlorná (HOCl), jsou kyseliny.

Následující tabulka shrnuje trendy pozorované v těchto třech kategoriích sloučenin. Hydridy kovů, oxidy kovů a hydroxidy kovů jsou zásady. Nekovové hydridy, nekovové oxidy a nekovové hydroxidy jsou kyseliny.

Typické kyseliny a zásady

Kyselé atomy vodíku v nekovových hydroxidech v tabulce výše nejsou vázány na dusík, atomy síry nebo fosforu. V každé z těchto sloučenin se kyselý vodík váže na atom kyslíku. Tyto sloučeniny jsou tedy allexamky kyslíkatých kyselin.

Kostry pro osm oxykyselin jsou uvedeny na obrázku níže. Obecně platí , kyseliny, které obsahují kyslík, mají kosterní struktury, ve kterých jsou kyselé vodíky připojeny k atomům kyslíku.

• Kyseliny reagují s vodou darováním iontu H + neutrální molekule vody za vzniku iontu H3O +.

• Báze reagují s vodou přijetím iontu H + z molekuly vody za vzniku iontu OH.

• Molekuly vody mohou působit jako meziprodukty při acidobazických reakcích získáním iontů H + z kyseliny

a pak ztrácí tyto ionty H + na základnu.

Brnstedův model lze rozšířit na acidobazické reakce v jiných rozpouštědlech. Například v kapalném amoniaku existuje malá tendence k přenosu iontu H + z jedné molekuly NH3 na druhou za vzniku iontů NH4 + a NH2.

Analogicky k chemii vodných roztoků dospěli jsme k závěru, že kyseliny v kapalném amoniaku zahrnují jakýkoli zdroj iontu NH4 + a že báze zahrnuje jakýkoli zdroj iontu NH2.

Brnstedův model lze dokonce rozšířit na reakce, které se v roztoku neobjeví. S klasickým příkladem reakce na bázi plynné fáze s bází se setkáváme, když se vedle sebe drží otevřené nádoby s koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou a vodným amoniakem . Brzy se vytvoří bílý oblak chloridu amonného, protože plyn HCl, který uniká z jednoho roztoku, reaguje s NH3gas z druhého.

Tato reakce zahrnuje přenos H + iontu z HCl na NH3 a je tedy Brnstedovou acidobazickou reakcí, i když k ní dochází v plynné fázi.