Syror och baser (Svenska)

Definitioner av syror och baser
och rollen för vatten

Egenskaper hos syror och baser enligt Boyle

1661 sammanfattade Robert Boyle egenskaperna hos syror som följer.

1. Syror har en sur smak.

2. Syror är frätande.

3. Syror ändrar färgen på vissa vegetabiliska färgämnen, såsom litmus, från blått till rött.

4. Syror tappar sin surhet när de kombineras med alkalier.

Namnet ”syra” kommer från Latin acidus, som betyder ”surt” och hänvisar till den skarpa lukten och den sura smaken hos många syror.

Exempel: Vinäger smakar surt eftersom det är en utspädd lösning av ättiksyra i vatten. Citronsaft smakar surt eftersom det innehåller citronsyra. Mjölk blir sur när den förstörs eftersom melksyra bildas och den obehagliga, sura lukten av råttkött eller smör kan tillskrivas föreningar som smörsyra som bildas när fett förstörs.

År 1661 sammanfattade Boyle egenskaperna hos alkalier. följer.

• Alkalier känns hala.
• Alkalier ändrar färgen på lakmus från rött till blått.
• Alkalier blir mindre alkaliska när de kombineras med syror.

I huvudsak definierade Boyle alkalier som ämnen som konsumerar eller neutraliserar syror. Syror förlorar sin karaktäristiska syrliga smak och förmåga att lösa metaller när de blandas med alkalier. Alkalier vänder till och med den färgförändring som uppstår när laksmak kommer i kontakt med en syra. Så småningom blev alkalier kända som baser eftersom de fungerar som ”bas” som bildar vissa salter.

ArrheniusDefinitionen av syror och baser

År 1884 föreslog Svante Arrhenius att salter som NaCldissocieras när de löses upp i vatten för att ge partiklar kallade joner.

Tre år senare utvidgade Arrhenius denna teori genom att föreslå att syror är neutrala föreningar som joniseras när de löser sig i vatten för att ge H + -joner och en motsvarande negativ jon. Enligt hans teori är väteklorid anacid eftersom den joniserar när den löser sig i vatten för att ge väte (H +) och klorid (Cl-) joner som visas i figuren nedan.

Arrhenius hävdade att baser är neutrala föreningar som avskiljs eller joniseras i vatten för att ge OH-joner och en positiv jon. NaOH är en Arrhenius-bas eftersom den dissocierar i vatten för att ge hydroxid- (OH-) och natrium- (Na +) -joner.

En Arrhenius-syra är därför vilken substans som helst som tateras när den löses upp i vatten för att ge H +, eller vätejonjonen.

En Arrhenius-bas är vilken substans som helst som ger OH- eller hydroxidjon när den löser sig i vatten.

Arrhenius-syror inkluderar föreningar såsom HCl, HCN och H2SO4 som joniseras i vatten för att ge H + -jonen. Arrheniusbaser inkluderar jonföreningar som innehåller OH-jonen, såsom NaOH, KOH och Ca (OH) 2.

Denna teori förklarar varför syror har liknande egenskaper: De karaktäristiska egenskaperna hos syror beror på närvaron av H + jon som genereras när en syra löser sig i vatten. Det förklarar också varför syror neutraliserar baser och vice versa. Acidsprovidide the H + ion; baser tillhandahåller OH-jonen; och dessa joner kombineras för att bilda vatten.

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

Arrhenius-teorin har flera nackdelar .

• Det kan endast appliceras på reaktioner som förekommer i vatten eftersom det definierar syror och baser i termer av vad som händer när föreningar löser sig i vatten.
• Det fungerar inte förklara varför vissa föreningar där väte har ett oxidationsnummer på +1 (såsom HCl) löser sig i vatten för att ge sura lösningar, medan andra (såsom CH4) inte gör det.
• Endast föreningarna som innehåller OH-jonen kan klassificeras som Arrhenius-baser. Arrhenius-teorin kan inte förklara varför andra föreningar (som Na2CO3) har karaktäristiska egenskaper som baser.

Rollen av H + och OH-joner i kemin för vattenlösningar

Eftersom syre (EN = 3,44) är mycket mer elektronegativt än väte (EN = 2,20), är elektronerna i HO-bindningarna i vatten ”delas inte lika av vätgas och syreatomer. Dessa elektroner dras mot syreatomen i molekylens centrum och bort från väteatomerna på båda sidor. Som ett resultat är vattenmolekylen polär. Oxygenatom bär en partiell negativ laddning (-) och väteatomerna bär en partiell positiv laddning (+).

När de dissocierar till bildar joner, vattenmolekyler bildar därför en positivt laddad H + -jon och en negativt laddad OH-jon.

Den motsatta reaktionen kan också inträffa H + -joner kan kombineras med OH-joner för att bilda neutrala vattenmolekyler.

Det faktum att vattenmolekyler dissocieras för att bilda H + och OH-joner, som sedan kan rekombineras för att bilda vattenmolekyler, indikeras av följande ekvation.

I vilken utsträckning skiljer sig vatten från formjonerna?

Vid 25 ° C är vattendensiteten 0,9971 g / cm3 eller 0,9971 g / ml. Koncentrationen av vatten är därför 55,35 molar.

Koncentrationen av H + och OH-jonerna som bildas genom dissociationen av neutrala H2O-molekyler vid denna temperatur är endast 1,0 x 10-7 mol / l. Förhållandet mellan koncentrationen av H + (eller OH-) jonen och koncentrationen av de neutrala H2O-molekylerna är därför 1,8 x 10-9.

Med andra ord dissocieras endast cirka 2 delar per miljard (ppb) vattenmolekylerna i joner vid rumstemperatur. Figuren nedan visar en modell av 20 vattenmolekyler, varav en har dissocierats för att bilda ett par H + och OH-joner. Om denna illustration var ett mycket högupplöst fotografi av vattenstrukturen skulle vi stöta på ett par H + och OH-ioner i genomsnitt endast en gång för varje 25 miljoner sådana fotografier.

Operationsdefinitionen av syror och Baser

Det faktum att vatten dissocieras för att bilda H + och OH-joner i en reversibel reaktion är grunden för en operativ definition av syror och baser som är kraftfullare än de definitioner som Arrhenius föreslår. I operationell mening är en syra vilken substans som helst som ökar H + -jonens koncentration när den löser sig i vatten. En bas är vilken substans som helst som ökar koncentrationen av OH-jonen när den löser sig i vatten.

Dessa definitioner knyter teorin om syror och baser till ett enkelt laboratorietest för syror och baser. För att avgöra om acompound är en syra eller en bas löser vi den i vatten och testar lösningen för att se om H + eller OH-jonkoncentrationen har ökat.

Typiska syror och baser

Egenskaperna hos syror och baser beror på skillnader mellan kemin hos metaller och icke-metaller, såsom framgår av kemin för dessa klasser av föreningar: väte, oxider och hydroxider.

Föreningar som innehåller väte bundet till en icke-metall kallas nonmetallhydrider. Eftersom de innehåller väte i + 1oxideringstillståndet kan dessa föreningar fungera som en källa för H + -jon i vatten.

Metallhydrider innehåller å andra sidan vätebundna till en metall. Eftersom dessa föreningar innehåller väte i a-1 oxidationstillstånd, dissocieras de i vatten för att ge H- (eller hydrid) jonen.

H-jonen, med sina valenselektronpar, kan abstrahera en H + -jon från en vattenmolekyl.

Eftersom avlägsnande av H + -joner från vattenmolekyler är på väg att öka OH-jonkoncentrationen vid upplösning är metallhydrider baser.

Ett liknande mönster finns i kemin hos oxiderna som bildas av metaller och icke-metaller. Icke-metalloxider löses upp i vatten för att bilda syror. CO2 upplöses i vatten till givekarbonsyra, SO3 ger svavelsyra och P4O10 reagerar med vatten för att ge fosforsyra.

Metalloxider å andra sidan är baser. Metaloxider innehåller formellt O2-jonen, som reagerar med vatten för att ge ett par OH-joner.

Metalloxider passar därför till den operativa definitionen av försvinna.

Vi ser samma mönster i kemin för föreningar som innehåller OH, eller hydroxid, grupp. Metallhydroxider, såsom LiOH, NaOH, KOH och Ca (OH) 2, är baser.

Icke-metalliska hydroxider, såsom hypoklorsyra (HOCl) är syror.

Tabellen nedan sammanfattar de trender som observerats i dessa tre kategorier av föreningar. Metallhydrider, metalloxider och metallhydroxider är baser. Icke-metallhydrider, icke-metalloxider och icke-metalliska hydroxider är syror.

Typiska syror och baser

De sura väteatomerna i icke-metallhydroxiderna i tabellen ovan är inte bundna till kvävet, svavel-, orfosforatomer. I var och en av dessa föreningar är den sura vätebindningen bunden till en syreatom. Dessa föreningar är allxempel på oxisyror.

Skelettstrukturer för åtta oxisyror ges i figuren nedan. Som en allmän regel syror som innehåller syre har skelettstrukturer i vilka de sura vätena är bundna till syreatomer.

• Syror reagerar med vatten genom att donera en H + -jon till en neutral vattenmolekyl för att bilda H3O + -jonen.

• Baser reagerar med vatten genom att acceptera en H + -jon från en vattenmolekyl för att bilda OH-jonen.

• Vattenmolekyler kan fungera som mellanprodukter i syrabasreaktioner genom att få H + -joner från syran

och förlorar sedan dessa H + -joner till basen.

Brnsted-modellen kan utvidgas till syrabasreaktioner i andra lösningsmedel. Till exempel finns det en liten tendens i liquidammonia att en H + -jon överförs från en NH3molekyl till en annan för att bilda NH4 + och NH2-jonerna.

I analogi med kemin i vattenlösningar , slutsatsen att syror i flytande ammoniak innefattar vilken källa som helst för NH4 + -jon och att baser inkluderar vilken som helst källa för NH2-jonen.

Brnsted-modellen kan till och med utökas till reaktioner som inte förekommer i lösning. Ett klassiskt exempel på en gas-fas-syrabasreaktion påträffas när öppna behållare med koncentrerad saltsyra och vattenhaltig ammoniak hålls intill varandra Ett vitt moln av ammoniumklorid bildas snart som HCl-gasen som flyr ut från en lösning reagerar med NH3-gasen från den andra.

Denna reaktion involverar överföringen av en H + -jon från HCl till NH3 och är därför en Brnsted-syrabaseringsreaktion, även om den sker i gasfasen.