Syrer og baser (Norsk)

Definisjoner av syrer og baser
og vannets rolle

Egenskapene til syrer og baser Ifølge Boyle

I 1661 oppsummerte Robert Boyle egenskapene til syrer som følger.

1. Syrer har en sur smak.

2. Syrer er etsende.

3. Syrer endrer fargen på visse vegetabilske fargestoffer, for eksempel lysmus, fra blå til rød.

4. Syrer mister surheten når de kombineres med salter.

Navnet «syre» kommer fra Latin acidus, som betyr «surt», og refererer til den skarpe lukten og sur smak av mange syrer.

Eksempler: Eddik smaker surt fordi det er en fortynnet løsning av eddiksyre i vann. Sitronsaft smaker surt fordi den inneholder sitronsyre. Melk blir sur når den ødelegger fordi melkesyre dannes, og den ubehagelige, sure lukten av råtten kjøtt eller smør kan tilskrives forbindelser som smørsyre som dannes når fett ødelegges.

I 1661 oppsummerte Boyle egenskapene til alkalier. følger.

• Alkalier føles glatte.
• Alkalier endrer fargen på lakmus fra rød til blå.
• Alkalier blir mindre basiske når de kombineres med syrer.

I hovedsak definerte Boyle alkalier som stoffer som forbruker eller nøytraliserer syrer. Syrer mister sin karakteristiske syrlige smak og evne til å oppløse metaller når de blandes med alkalier. Alkalier reverserer til og med endringen i farge som oppstår når laksmusikk kommer i kontakt med en syre. Til slutt ble alkalier kjent som baser fordi de tjener som «basen» som danner visse salter.

ArrheniusDefinisjonen av syrer og baser

I 1884 foreslo Svante Arrhenius at salter som NaCldissosierer seg når de oppløses i vann for å gi partikler hecalled ioner.

Tre år senere utvidet Arrhenius denne teorien ved å antyde at syrer er nøytrale forbindelser som ioniserer når de oppløses i vann for å gi H + -ioner og et tilsvarende negativt ion. I følge hans teori er hydrogenklorid anacid fordi det ioniserer når det oppløses i vann for å gi hydrogen (H +) og klorid (Cl-) ioner vist i figuren nedenfor.

Arrhenius hevdet at baser er nøytrale forbindelser som hverandre eller ioniserer i vann for å gi OH-ioner og et positivt ion. NaOH er en Arrhenius-base fordi den dissosierer i vann for å gi hydroksyd- (OH-) og natrium- (Na +) -ioner.

En Arrhenius-syre er derfor ethvert stoff som tates når den oppløses i vann for å gi H +, eller hydrogen, ion.

En Arrhenius-base er et hvilket som helst stoff som gir OH- eller hydroksydionen når den oppløses i vann.

Arrhenius-syrer inkluderer forbindelser som HC1, HCN og H2SO4 som ioniserer i vann for å gi H + -ionet. Arrheniusbaser inkluderer ioniske forbindelser som inneholder OH-ionet, slik som NaOH, KOH og Ca (OH) 2.

Denne teorien forklarer hvorfor syrer har lignende egenskaper: Karakteristiske egenskaper til syrer er resultatet av nærværet av H + ion generert når en syre oppløses i vann. Det forklarer også hvorfor syrer nøytraliserer baser og omvendt. Acidsprovide H + ion; baser gir OH-ionet; og disse ionene kombineres for å danne vann.

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

Arrhenius-teorien har flere ulemper .

• Den kan bare brukes på reaksjoner som oppstår i vann fordi den definerer syrer og baser når det gjelder hva som skjer når forbindelser oppløses i vann.
• Det virker ikke forklar hvorfor noen forbindelser der hydrogen har et oksidasjonsnummer på +1 (slik som HCl), oppløses i vann for å gi sure oppløsninger, mens andre (som CH4) ikke gjør det.
• Bare forbindelsene som inneholder OH-ionet kan klassifiseres som Arrhenius-baser. Arrhenius-teorien kan ikke forklare hvorfor andre forbindelser (som Na2CO3) har de karakteristiske egenskapene til baser.

Rollen til H + og OH-ioner i kjemien til vandige løsninger

Fordi oksygen (EN = 3.44) er mye mer elektronegativt enn hydrogen (EN = 2.20), er elektronene i HO-obligasjonene i vann «deles likt av hydrogen og oksygenatomer. Disse elektronene trekkes mot oksygenatomet i sentrum av molekylet og vekk fra hydrogenatomene i begge sider. Som et resultat er vannmolekylet polært. Oksygenatom bærer en delvis negativ ladning (-), og hydrogenatomer bærer en delvis positiv ladning (+).

Når de tar avstand fra danner ioner, vannmolekyler danner derfor et positivt ladet H + ion og et negativt ladet OH-ion.

Den motsatte reaksjonen kan også forekomme H + -ioner kan kombineres med OH-ioner for å danne nøytrale vannmolekyler.

Det faktum at vannmolekyler dissosierer for å danne H + og OH-ioner, som deretter kan rekombinere til vannmolekyler, er indikert av følgende ligning.

I hvilken grad adskiller vann seg fra formioner?

Ved 25C er tettheten av vann 0,9971 g / cm3, eller 0,9971 g / ml. Konsentrasjonen av vann er derfor 55,35 molar.

Konsentrasjonen av H + og OH-ioner dannet av dissosiasjonen av nøytrale H2O-molekyler ved denne temperaturen bare 1,0 x 10-7 mol / l. Forholdet mellom konsentrasjonen av H + (eller OH-) ionen og konsentrasjonen av de nøytrale H2O-molekylene er derfor 1,8 x 10-9.

Med andre ord, bare 2 deler per milliard (ppb) av vannmolekylene dissosieres til ioner ved romtemperatur. Figuren nedenfor viser en modell på 20 vannmolekyler, hvorav den ene har dissosiert for å danne et par H + og OH-ioner. Hvis denne illustrasjonen var et veldig høyoppløselig fotografi av vannstrukturen, ville vi i gjennomsnitt møte på et par H + og OH-ioner bare en gang for hver 25 millioner slike fotografier.

Operasjonsdefinisjonen av syrer og Baser

Det faktum at vann dissosierer for å danne H + og OH-ioner i en reversibel reaksjon er grunnlaget for en operasjonell definisjon av syrer og baser som er kraftigere enn definisjonene foreslått av Arrhenius. I operativ forstand er en syre et hvilket som helst stoff som øker konsentrasjonen av H + ionet når det oppløses i vann. En base er en hvilken som helst substans som øker konsentrasjonen av OH-ion når den oppløses i vann.

Disse definisjonene knytter teorien om syrer og baser til en enkel laboratorietest for syrer og baser. For å bestemme om forbindelsen er en syre eller en base, løser vi den opp i vann og tester løsningen for å se om H + eller OH-ionkonsentrasjonen har økt.

Typiske syrer og baser

Egenskapene til syrer og baser skyldes forskjeller mellom kjemien til metaller og ikke-metaller, som det fremgår av kjemien til disse klassene av forbindelser: hydrogen, oksider og hydroksider.

Forbindelser som inneholder hydrogen bundet til et ikke-metall, kalles ikke-metallhydrider. Fordi de inneholder hydrogen i + 1oksydasjonstilstand, kan disse forbindelsene fungere som en kilde for H + ionet i vann.

Metallhydrider inneholder derimot hydrogenbundet til et metall. Fordi disse forbindelsene inneholder hydrogen i oksidasjonstilstand a-1, dissosieres de i vann for å gi H- (eller hydrid) ionet.

H-ionet med par av valenselektroner kan trekke et H + -ion fra et vannmolekyl.

Siden fjerning av H + -ioner fra vannmolekyler er en vei for å øke OH-ionkonsentrasjonen i oppløsning, er metallhydrider baser.

Et lignende mønster kan bli funnet i kjemien til oksidene dannet av metaller og ikke-metaller. Ikke-metalliske oksider oppløses i vann for å danne syrer. CO2 oppløses i vann til givekarbonsyre, SO3 gir svovelsyre og P4O10 reagerer med vann for å gi fosforsyre.

Metalloksider derimot er baser. Metaloksider inneholder formelt O2-ionet, som reagerer med vann for å gi et par OH-ioner.

Metalloksider passer derfor til den operasjonelle definisjonen av forfalle.

Vi ser det samme mønsteret i kjemien til forbindelser som inneholder OH, eller hydroksid, gruppe. Metallhydroksider, slik som LiOH, NaOH, KOH og Ca (OH) 2, er baser.

Ikke-metalliske hydroksider, slik som hypoklorsyre (HOCl), er syrer.

Tabellen nedenfor oppsummerer trendene observert i disse tre kategoriene av forbindelser. Metallhydrider, metalloksider og metallhydroksider er baser. Ikke-metalliske hydrider, ikke-metalliske oksider og ikke-metalliske hydroksider er syrer.

Typiske syrer og baser

De sure hydrogenatomene i ikke-metallhydroksidene i tabellen ovenfor er ikke bundet til nitrogenet, svovel-, orfosforatomer. I hver av disse forbindelsene er den sure hydrogenbundet til et oksygenatom. Disse forbindelsene er derfor eksempler på oksysyrer.

Skjelettstrukturer for åtte oksysyrer er gitt i figuren nedenfor. Som en generell regel , syrer som inneholder oksygen, har skjelettstrukturer der de sure hydrogenene er bundet til oksygenatomer.

• Syrer reagerer med vann ved å donere et H + ion til et nøytralt vannmolekyl for å danne H3O + ionet.

• Baser reagerer med vann ved å akseptere et H + ion fra et vannmolekyl for å danne OH-ionet.

• Vannmolekyler kan fungere som mellomprodukter i syre-basereaksjoner ved å få H + -ioner fra syren

og og deretter miste disse H + -ionene til basen.

Brnsted-modellen kan utvides til å omfatte syre-basereaksjoner i andre løsningsmidler. For eksempel er det en liten tendens i liquidammonia at et H + -ion overføres fra ett NH3-molekyl til et annet for å danne NH4 + og NH2-ioner.

Analogt med kjemien til vandige løsninger , konkluderer vi med at syrer i flytende ammoniakk inkluderer hvilken som helst kilde til NH4 + -ionen, og at basene inkluderer hvilken som helst kilde til NH2-ionet.

Brnsted-modellen kan til og med utvides til reaksjoner som ikke forekommer i oppløsning. Et klassisk eksempel på en gass-fasesyre-basereaksjon oppstår når åpne beholdere med konsentrert saltsyre og vandig ammoniakk holdes nære hverandre En hvit sky av ammoniumklorid dannes snart som HCl-gassen som rømmer fra den ene løsningen reagerer med NH3gassen fra den andre.

Denne reaksjonen innebærer overføringen av en H + ion fra HC1 til NH3 og er derfor en Brnsted syrebaserreaksjon, selv om den forekommer i gassfasen.