Syrer og baser (Dansk)

Definitioner af syrer og baser
og vandets rolle

Egenskaber for syrer og baser ifølge Boyle

I 1661 opsummerede Robert Boyle egenskaberne af syrer som følger.

1. Syrer har en sur smag.

2. Syrer er ætsende.

3. Syrer ændrer farven på visse vegetabilske farvestoffer, såsom litmus, fra blå til rød.

4. Syrer mister deres surhedsgrad, når de kombineres med alkalier.

Navnet “syre” kommer fra Latin acidus, som betyder “surt” og henviser til den skarpe lugt og den sure smag af mange syrer.

Eksempler: Eddike smager surt, fordi det er en fortyndet opløsning af eddikesyre i vand. Citronsaft smager surt, fordi det indeholder citronsyre. Mælk bliver sur, når den forkæler, da mælkesyre dannes, og den ubehagelige, sure lugt af råddent kød eller smør kan tilskrives forbindelser som smørsyre, der dannes, når fedt forkæles.

I 1661 opsummerede Boyle alkaliernes egenskaber. følger.

• Alkalier føles glatte.
• Alkalier ændrer farven på lakmus fra rød til blå.
• Alkalier bliver mindre basiske, når de kombineres med syrer.

I det væsentlige definerede Boyle alkalier som stoffer, der forbruger eller neutraliserer syrer. Syrer mister deres karakteristiske sure smag og evne til at opløse metaller, når de blandes med alkalier. Alkalier vender endda den farveændring, der opstår, når lakmus kommer i kontakt med en syre. Til sidst blev alkalier kendt som baser, fordi de tjener som “base”, der danner visse salte.

ArrheniusDefinitionen af syrer og baser

I 1884 foreslog Svante Arrhenius, at salte som NaCldissocieres, når de opløses i vand for at give partikler, der kaldes ioner.

Tre år senere udvidede Arrhenius denne teori ved at antyde, at syrer er neutrale forbindelser, der ioniserer, når de opløses i vand for at give H + -ioner og en tilsvarende negativ ion. Ifølge hans teori er hydrogenchlorid anacid, fordi det ioniserer, når det opløses i vand for at give hydrogen (H +) og chlorid (Cl-) -ioner vist i nedenstående figur.

Arrhenius hævdede, at baser er neutrale forbindelser, der adskiller sig eller ioniserer i vand for at give OH-ioner og en positiv ion. NaOH er en Arrhenius-base, fordi den dissocieres i vand for at give hydroxid- (OH-) og natrium- (Na +) -ioner.

En Arrhenius-syre er derfor ethvert stof, der thatiseres, når den opløses i vand for at give H + eller hydrogen, ionen.

En Arrhenius-base er ethvert stof, der giver OH- eller hydroxidionen, når den opløses i vand.

Arrhenius-syrer inkluderer forbindelser såsom HCI, HCN og H2SO4, som ioniserer i vand for at give H + ionen. Arrheniusbaser inkluderer ioniske forbindelser, der indeholder OH-ionen, såsom NaOH, KOH og Ca (OH) 2.

Denne teori forklarer, hvorfor syrer har lignende egenskaber: Karakteristiske egenskaber for syrer skyldes tilstedeværelsen af H + ion dannet, når en syre opløses i vand. Det forklarer også, hvorfor syrer neutraliserer baser og omvendt. Acidsprovide H + ion; baser tilvejebringer OH-ionen; og disse ioner kombineres for at danne vand.

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

Arrhenius-teorien har flere ulemper .

• Det kan kun anvendes på reaktioner, der forekommer i vand, fordi det definerer syrer og baser i forhold til, hvad der sker, når forbindelser opløses i vand.
• Det virker ikke forklar, hvorfor nogle forbindelser, hvor hydrogen har et oxidationsnummer på +1 (såsom HCI), opløses i vand for at give sure opløsninger, mens andre (såsom CH4) ikke gør det.
• Kun de forbindelser, der indeholder OH-ion, kan klassificeres som Arrhenius-baser. Arrhenius-teorien kan ikke forklare, hvorfor andre forbindelser (såsom Na2CO3) har de karakteristiske egenskaber som baser.

Rollen af H + og OH-ioner i kemien af vandige opløsninger

Becuase oxygen (EN = 3.44) er meget mere elektronegativt end hydrogen (EN = 2.20), elektronerne i HO-obligationer i vand er “t deles ligeligt af hydrogen og oxygenatomer. Disse elektroner trækkes mod iltatomet i centrum af molekylet og væk fra hydrogenatomer i begge sider. Som et resultat er vandmolekylet polært. Oxygenatom bærer en delvis negativ ladning (-), og hydrogenatomer bærer en delvis positiv ladning (+).

Når de adskiller sig fra danner ioner, vandmolekyler danner derfor en positivt ladet H + ion og en negativt ladet OH-ion.

Den modsatte reaktion kan også forekomme H + -ioner kan kombineres med OH-ioner til dannelse af neutrale vandmolekyler.

Det faktum, at vandmolekyler adskiller sig for at danne H + og OH-ioner, som derefter kan rekombineres til dannelse af vandmolekyler, er angivet ved følgende ligning.

I hvilken udstrækning adskiller vand sig fra formioner?

Ved 25C er tætheden af vand 0,9971 g / cm3 eller 0,9971 g / ml. Koncentrationen af vand er derfor 55,35 molær.

Koncentrationen af H + og OH-ioner dannet ved dissociation af neutrale H2O-molekyler ved denne temperatur er kun 1,0 x 10-7 mol / l. Forholdet mellem koncentrationen af H + (eller OH-) ionen og koncentrationen af de neutrale H2O-molekyler er derfor 1,8 x 10-9.

Med andre ord dissocieres kun ca. 2 dele pr. milliard (ppb) vandmolekyler i ioner ved stuetemperatur. Nedenstående figur viser en model på 20 vandmolekyler, hvoraf den ene har adskilt sig for at danne et par H + og OH-ioner. Hvis denne illustration var et fotografi med meget høj opløsning af vandstrukturen, ville vi i gennemsnit møde et par H + og OH-ioner i gennemsnit kun en gang for hver 25 millioner sådanne fotografier.

Den operationelle definition af syrer og Baser

Det faktum, at vand dissocieres for at danne H + og OH-ioner i en reversibel reaktion, er grundlaget for en operationel definition af syrer og baser, der er stærkere end definitionerne foreslået af Arrhenius. I en operationel forstand er en syre ethvert stof, der øger koncentrationen af H + ionen, når den opløses i vand. En base er ethvert substans, der øger koncentrationen af OH-ion, når den opløses i vand.

Disse definitioner binder teorien om syrer og baser til en simpel laboratorietest for syrer og baser. For at afgøre, om acompound er en syre eller en base, opløser vi den i vand og tester opløsningen for at se, om H + eller OH-ionkoncentrationen er steget.

Typiske syrer og baser

Syrernes og basernes egenskaber skyldes forskelle mellem kemien af metaller og ikke-metaller, som det fremgår af kemien af disse klasser af forbindelser: hydrogen, oxider og hydroxider.

Forbindelser, der indeholder hydrogen bundet til et ikke-metal, kaldes ikke-metalhydrider. Fordi de indeholder brint i + 1-oxidationstilstand, kan disse forbindelser fungere som en kilde til H + -ionen i vand.

Metalhydrider indeholder derimod brintbundne til et metal. Fordi disse forbindelser indeholder hydrogen i a-1 oxidationstilstand, adskiller de sig i vand for at give H- (eller hydrid) ionen.

H-ionen med sit par valenselektroner kan trække en H + -ion ud af et vandmolekyle.

Da fjernelse af H + -ioner fra vandmolekyler er på vej til at øge OH-ionkoncentrationen i opløsning, er metalhydrider baser.

Et lignende mønster kan findes i kemien af oxider dannet af metaller og ikke-metaller. Ikke-metaloxider opløses i vand for at danne syrer. CO2 opløses i vand til givecarbonsyre, SO3 giver svovlsyre og P4O10 reagerer med vand for at give phosphorsyre.

Metaloxider på den anden side er baser. Metaloxider indeholder formelt O2-ion, som reagerer med vand for at give et par OH-ioner.

Metaloxider passer derfor til den operationelle definition af forfald.

Vi ser det samme mønster i kemien af forbindelser, der indeholder OH, eller hydroxid, gruppe. Metalhydroxider, såsom LiOH, NaOH, KOH og Ca (OH) 2, er baser.

Ikke-metalhydroxider, såsom hypochlorsyre (HOCl) er syrer.

Tabellen nedenfor opsummerer de tendenser, der er observeret i disse tre kategorier af forbindelser. Metalhydrider, metaloxider og metalhydroxider er baser. Ikke-metalhydrider, ikke-metaloxider og ikke-metalhydroxider er syrer.

Typiske syrer og baser

De sure hydrogenatomer i ikke-metalhydroxiderne i tabellen ovenfor er ikke bundet til nitrogenet, svovl-, orphosphoratomer. I hver af disse forbindelser er det sure hydrogenbundet til et iltatom. Disse forbindelser er derfor alleeksempler på oxysyrer.

Skelettstrukturer for otte oxysyrer er vist i figuren nedenfor. Som en generel regel , syrer, der indeholder ilt, har skeletstrukturer, hvor de sure hydrogenatomer er bundet til oxygenatomer.

• Syrer reagerer med vand ved at donere en H + ion til et neutralt vandmolekyle for at danne H3O + ionen.

• Baser reagerer med vand ved at acceptere en H + ion fra et vandmolekyle til dannelse af OH-ionen.

• Vandmolekyler kan fungere som mellemprodukter i syre-basereaktioner ved at få H + -ioner fra syren

og derefter miste disse H + -ioner til basen.

Brnsted-modellen kan udvides til at omfatte syre-basereaktioner i andre opløsningsmidler. For eksempel er der en lille tendens i liquidammonia til, at en H + -ion overføres fra et NH3molekyle til et andet for at danne NH4 + og NH2-ionerne.

Analogt med kemien i vandige opløsninger , konkluderer vi, at syrer i flydende ammoniak indbefatter en hvilken som helst kilde til NH4 + -ionen, og at baser inkluderer en hvilken som helst kilde til NH2-ionen.

Brnsted-modellen kan endda udvides til reaktioner, der ikke forekommer i opløsning. Et klassisk eksempel på en gas-fase-syre-basereaktion opstår, når åbne beholdere med koncentreret saltsyre og vandig ammoniak holdes tæt på hinanden En hvid sky af ammoniumchlorid dannes hurtigt, da HCI-gas, der slipper ud fra den ene opløsning, reagerer med NH3gas fra den anden.

Denne reaktion involverer overførslen af en H + -ion fra HCI til NH3 og er derfor en Brnsted-syrebasereaktion, selvom den forekommer i gasfasen.