Hapot ja emäkset (Suomi)

Happojen ja emästen määritelmät
ja veden rooli

Happojen ja emästen ominaisuudet Boylen mukaan

Vuonna 1661 Robert Boyle esitti yhteenvedon seuraavien happojen ominaisuuksista.

1. Hapoilla on hapan maku.

2. Hapot ovat syövyttäviä.

3. Hapot muuttavat tiettyjen kasviväriaineiden, kuten lakmusin, värin sinisestä punaiseksi.

4. Hapot menettävät happamuutensa, kun ne yhdistetään kalkkeihin.

Nimi ”happo” tulee latinankielisestä aciduksesta, joka tarkoittaa ”hapan” ja viittaa monien happojen terävään hajuun ja hapan makuun.

Esimerkkejä: Etikka maistuu hapan, koska se on laimea etikkahapon liuos vedessä. Sitruunamehu maistuu hapan, koska se sisältää sitruunahappoa. Maito hapan, kun se pilaantuu, koska maitohappoa muodostuu, ja mädänlihan tai voin epämiellyttävä, hapan haju voidaan katsoa johtuvan voihapon kaltaisista yhdisteistä, jotka muodostuvat rasvan pilaantumisen yhteydessä. seuraa.

• Emäkset tuntuvat liukkailta.
• Emäkset muuttavat lakmusin värin punaisesta siniseksi.
• Emäkset muuttuvat vähemmän emäksisiksi yhdistettynä hapot.

Pohjimmiltaan Boyle määritti emäkset aineiksi, jotka kuluttavat tai neutraloivat happoja. Hapot menettävät tyypillisen hapan maunsa ja kykynsä liuottaa metalleja, kun ne sekoitetaan emästen kanssa, ja kaliumit jopa kääntävät värimuutoksen, joka tapahtuu, kun lakmusmuotoiset aineet joutuvat kosketuksiin hapon kanssa. Lopulta emäkset tunnettiin emäksinä, koska ne toimivat ”emäksenä”, joka muodostaa tiettyjä suoloja.

Happojen ja emästen Arrhenius-määritelmä

Vuonna 1884 Svante Arrhenius ehdotti, että suolat, kuten NaCldissocial, liukenevat veteen, jolloin saadaan hiukkasiksi kutsutut ionit.

Kolme vuotta myöhemmin Arrhenius laajensi tätä teoriaa ehdottamalla, että hapot ovat neutraaleja yhdisteitä, jotka ionisoituvat, kun ne liukenevat veteen, jolloin saadaan H + -ioneja ja vastaava negatiivinen ioni. Hänen teoriansa mukaan kloorivety on hapoton, koska se ionisoituu, kun se liukenee veteen, jolloin saadaan vety (H +) ja kloridi (Cl-) -ioneja, jotka on esitetty alla olevassa kuvassa.

Arrhenius väitti, että emäkset ovat neutraaleja yhdisteitä, jotka joko hajoavat tai ionisoituvat vedessä, jolloin saadaan OH-ioneja ja apositiivisia ioneja. NaOH on Arrhenius-emäs, koska se hajoaa vedessä, jolloin saadaan hydroksidi (OH-) ja natrium (Na +) ioneja.

Arrhenius-happo on siis mikä tahansa aine, joka tationisoituu, kun se liukenee veteen, jolloin saadaan H +, vety, ioni.

Arrhenius-emäs on mikä tahansa aine, joka antaa OH- tai hydroksidi-ionia, kun se liukenee veteen.

Arrhenius-hapot sisältävät yhdisteitä, kuten HCI, HCN ja H2SO4, jotka ionisoituvat vedessä H + -ionin tuottamiseksi. Arrheniusbases sisältää ioniyhdisteitä, jotka sisältävät OH-ionia, kuten NaOH, KOH ja Ca (OH) 2.

Tämä teoria selittää miksi hapoilla on samanlaiset ominaisuudet: Happojen ominaisominaisuudet johtuvat H +: n läsnäolosta ioni, joka syntyy, kun happo liukenee veteen. Hapot tarjoavat H + -ionia; emäkset tuottavat OH-ionin; ja nämä ionit yhdistyvät muodostaen vettä.

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

Arrhenius-teorialla on useita haittoja .

• Sitä voidaan soveltaa vain reaktioihin, jotka tapahtuvat vedessä, koska se määrittelee hapot ja emäkset sen mukaan, mitä tapahtuu, kun yhdisteet liukenevat veteen.
• Se ei ”t selitä, miksi jotkut yhdisteet, joissa vedyn hapetusluku on +1 (kuten HCl), liukenevat veteen happamien liuosten aikaansaamiseksi, kun taas toiset (kuten CH4) eivät.
• Vain yhdisteet, jotka sisältävät OH-ionia, voidaan luokitella Arrhenius-emäksiksi. Arrhenius-teoria ei voi selittää, miksi muilla yhdisteillä (kuten Na2CO3) on emäksille ominaiset ominaisuudet.

H +- ja OH-ionien rooli vesiliuosten kemiassa

Becuase-happi (EN = 3,44) on paljon enemmän elektronegatiivista kuin vety (EN = 2,20), vedessä olevien HO-sidosten elektronit eivät ”t jaetaan tasaisesti vety- ja happiatomeilla. Nämä elektronit vedetään kohti happiatomia molekyylin keskuksessa ja poispäin vetyatomista kummassakin päässä. Tämän seurauksena vesimolekyyli on polaarinen. Happiatomilla on osittainen negatiivinen varaus (-), ja vetyatomilla on osittainen positiivinen varaus (+).

Kun he eroavat toisistaan muodostavat ioneja, vesimolekyylit muodostavat siten positiivisesti varautuneen H + -ionin ja negatiivisesti varautuneen OH-ionin.

Myös päinvastainen reaktio voi tapahtua, H + -ionit voivat yhdistää OH-ionien kanssa muodostaakseen neutraaleja vesimolekyylejä.

Se, että vesimolekyylit hajoavat muodostaen H +- ja OH- ioneja, jotka voivat sitten yhdistyä muodostamaan vesimolekyylejä, osoitetaan seuraavalla yhtälöllä.

Missä määrin vesi irtoaa muodon Ioneista?

25 ° C: ssa veden tiheys on 0,9971 g / cm3 tai 0,9971 g / ml. Veden pitoisuus on siis 55,35 moolia.

Neutraalien H2O-molekyylien dissosiaation muodostama H +- ja OH- ionien pitoisuus tässä lämpötilassa on vain 1,0 x 10-7 mol / l. H + (tai OH-) -ionin konsentraation suhde neutraalien H2O-molekyylien konsentraatioon on siten 1,8 x 10-9.

Toisin sanoen vain noin 2 miljardia osaa (ppb) vesimolekyyleistä hajoaa ioneiksi huoneenlämpötilassa. Alla oleva kuva esittää mallia 20 vesimolekyylistä, joista yksi on dissosioitunut muodostamaan parin H +- ja OH-ioneja. Jos tämä kuva olisi erittäin korkean resoluution valokuva veden rakenteesta, kohtaisimme parin H +- ja OH-ioneja keskimäärin vain kerran jokaista 25 miljoonaa tällaista valokuvaa kohti.

Happojen ja Emäkset

Se, että vesi hajoaa muodostaen H +- ja OH-ioneja palautuvassa reaktiossa, on perusta happojen ja emästen määrittelylle, joka on tehokkaampi kuin Arrheniusin ehdottamat määritelmät. Toiminnallisessa mielessä happo on mikä tahansa aine, joka lisää H + -ionin pitoisuutta, kun se liukenee veteen. Emäs on mikä tahansa substanssi, joka lisää OH-ionin pitoisuutta, kun se liukenee veteen.

Nämä määritelmät sitovat hapon ja emästen teorian yksinkertaiseen happojen ja emästen laboratoriokokeeseen. Päättääkseen, onko yhdiste happo vai emäs, liuotetaan se veteen ja testataan liuos, jotta voidaan nähdä, onko H +- tai OH-ionipitoisuus kasvanut.

Tyypilliset hapot ja emäkset

Happojen ja emästen ominaisuudet johtuvat eroista metallien ja ei-metallit, kuten voidaan nähdä näiden yhdisteiden luokkien kemiasta: hydrogeeni, oksidit ja hydroksidit.

Yhdisteitä, jotka sisältävät epämetalliin sitoutunutta vetyä, kutsutaan ei-metallihydrideiksi. Koska ne sisältävät vetyä + 1-hapetusasteessa, nämä yhdisteet voivat toimia H + -ionin lähteenä vedessä.

Metallihydridit puolestaan sisältävät veteen sitoutunutta metallia. Koska nämä yhdisteet sisältävät vetyä hapettumistilassa a-1, ne hajoavat vedessä H- (tai hydridi) -ionin tuottamiseksi.

H- ioni valenssielektroniparillaan voi erottaa H + -ionin vesimolekyylistä.

Koska H + -ionien poistaminen vesimolekyylistä on yksi tapa lisätä OH-ionipitoisuutta liuoksessa, metallihydridit ovat emäksiä.

Samanlainen malli löytyy metallien ja ei-metallien muodostamien oksidien kemiallisesta aineesta. Ei-metalliset oksidit liuottavat vettä happojen muodostamiseksi. CO2 liukenee veteen hiilihapoksi, SO3 antaa rikkihappoa ja P4O10 reagoi veden kanssa, jolloin saadaan fosforihappoa.

Metallioksidit ovat toisaalta tukikohtia. Metaloksidit sisältävät muodollisesti O2-ionin, joka reagoi veden kanssa muodostaen parin OH-ioneja.

Metallioksidit sopivat siksi abase.

Näemme saman kaavan sellaisten yhdisteiden kemiassa, jotka sisältävät OH, tai hydroksidi, ryhmä. Metallihydroksidit, kuten LiOH, NaOH, KOH ja Ca (OH) 2, ovat emäksiä.

Ei-metalliset hydroksidit, kuten hypokloorihappo (HOCl), ovat happoja.

Seuraavassa taulukossa on yhteenveto näiden yhdisteiden kolmen luokan havaituista suuntauksista. Metallihydridit, metallioksidit ja metallihydroksidit ovat emäksiä. Ei-metalliset hydridit, ei-metalliset oksidit ja ei-metalliset hydroksidit ovat happoja.

Tyypilliset hapot ja emäkset

Edellä olevan taulukon ei-metallihydroksidien happamat vetyatomit eivät ole sitoutuneet typeen, rikki-, orfosforiatomit. Jokaisessa näistä yhdisteistä happoinen vety on kiinnittynyt happiatomiin. Nämä yhdisteet ovat siis oksihappojen aleksiäyteitä.

Kahdeksan oksihapon luurakenteet on esitetty alla olevassa kuvassa. , happea sisältävillä hapoilla on luurakenteet, joissa happamat vedyt ovat kiinnittyneet happiatomeihin.

• Hapot reagoivat veden kanssa lahjoittamalla H + -ionia neutraalille vesimolekyylille H3O + -ionin muodostamiseksi.

• Emäkset reagoivat veden kanssa hyväksymällä vesimolekyylistä H + -ionin muodostamaan OH-ionin.

• Vesimolekyylit voivat toimia välituotteina happo-emäs-reaktioissa saamalla H + -ioneja haposta

ja sitten menettää nämä H + -ionit emäkselle.

Brnsted-mallia voidaan laajentaa happo-emäs-reaktioihin muissa liuottimissa. Esimerkiksi nestemäisessä ammoniakissa on pieni taipumus, että H + -ioni siirtyy yhdestä NH3-molekyylistä toiseen muodostaen NH4 +- ja NH2-ioneja.

Analogisesti vesiliuosten kemian kanssa , päätellään, että nestemäisessä ammoniakissa olevat hapot sisältävät minkä tahansa NH4 + -ionin lähteen ja että emäkset sisältävät minkä tahansa NH2-ionin lähteen.

. Valkoinen ammoniumkloridipilvi muodostaa pian HCl-kaasun, joka poistuu yhdestä liuoksesta ja reagoi toisen NH3-kaasun kanssa. ”>

HCl (g) + NH3 (g) NH4Cl (s)