Кислотно-щелочная химия

Введение в кислотно-щелочную химию
Кислоты и основания необходимы для многих процессов, таких как: поддержание гомеостаза в организме, поддержание роста растений и сохранение водной флоры и фауны. Они также используются в продуктах, которые можно найти в домашних условиях. Кислоты и основания содержатся в бытовых продуктах и продуктах питания. Гидроксид натрия, сильное основание, используется в бытовых чистящих средствах и мыле. Пищевая сода, основное соединение, помогает выпечке подниматься. Лимонная кислота придает лимонам кислый вкус. Уксус содержит уксусную кислоту, обычная кислота, которая имеет много применений, таких как очистка и консервирование продуктов, содержит уксусную кислоту. Кислотно-щелочная химия повсюду.

Кислотно-щелочная химия контролирует фундаментальные биологические процессы в живых организмах. Кислотность контролирует выработку АТФ, энергетической валюты клетки. Химические лаборатории используют кислотно-щелочную химию. Титрование - это обычная кислотно-щелочная реакция. Они определяют концентрацию соединения.

История кислот и оснований
Лоран Лавуазье представил первую теорию кислот и оснований. Его теория катализировала исследование кислот и оснований. Первой теорией, отражающей свойства кислот и оснований, был Сванте Август Аррениус. Определение Аррениуса гласит, что кислоты производят ионы H + в воде, а основания производят ионы OH- в воде. Есть некоторые исключения из этой теории. Например, аммиак может выступать в качестве основания, но при растворении в воде он не образует ионов OH-.

Вместе со Сванте Августом Аррениусом Бронстед и Лоури разработали теорию, согласно которой кислоты являются донорами протонов, а основания - акцепторами протонов. Эта теория расширила определение кислоты или основания, потому что вода не всегда должна быть используемым растворителем. Гилберт Н. Льюис выдвинул гипотезу, что кислоты являются акцепторами электронов, а основания - донорами электронов. Теория Льюиса расширила определение кислот и оснований еще больше, включив обмен электронами.

Ионы в кислотно-щелочных растворах
Водные растворы обычно состоят из некоторой комбинации воды, кислот, оснований и солей. Эти соединения могут быть частично или полностью ионизированы, что означает, что соединение распадается на ионы.

Например, в чистой воде небольшой процент молекул воды ионизируется в Н3о + (ионы гидрония) и ОН- (гидроксид) ионы.

\ch{2 H2O <=> H3O+ + OH-}

Мы будем использовать H + в качестве сокращения для ионов H3o +, хотя технически ионы H + не существуют сами по себе.

Ионы гидрония и гидроксида имеют отношения любви и ненависти друг к другу в водных растворах. Чем больше ионов H +, тем меньше ионов OH-, и наоборот.

Что такое pH?
pH - это число от 0 до 14, которое представляет силу кислоты или основания. Узнайте больше о том, что такое pH.

Кислоты
Что такое кислота?
Кислота - это молекула, способная отдавать протон или образовывать ковалентную связь с электронной парой. Вот несколько более подробных определений кислоты. В водной форме кислоты обладают многими уникальными свойствами, такими как: кислый вкус.

рН ниже 7
Образует ионы H + в воде
Реагирует с металлами с образованием газообразного водорода
Синяя лакмусовая бумажка становится красной

Кислотная прочность
Кислоты имеют разный уровень прочности. Сила кислоты зависит от ее способности отдавать Н + в основание. Сильные кислоты полностью ионизируются в воде, то есть ионы полностью разделяются. Слабые кислоты лишь частично разделяются в воде. Сильные кислоты очень агрессивны и вредны при контакте с кожей. Обычно сильные кислоты имеют рН 0-1, а слабые кислоты имеют рН 2-6. Слабые кислоты не так агрессивны и содержатся в организме и пище. Чтобы узнать больше, прочитайте статьи Сильные кислоты и основания и что такое pKa

Факторами, влияющими на кислотную прочность, являются:

Электроотрицательность элемента, связанного с H

Прочность соединения
По мере увеличения электроотрицательности элемента, связанного с H, кислотность молекулы увеличивается. Кислотность увеличивается, потому что более электроотрицательные атомы сильно притягивают к себе электроны. Сильная электроотрицательность делает связь полярной. Если связь полярная, водород с большей вероятностью отделится от молекулы. Прочность соединения зависит от размера элемента, связанного с H. Чем меньше атом, тем выше прочность связи. По мере увеличения прочности связи между атомами в кислоте кислотность молекулы уменьшается. Например, плавиковая кислота, HF является слабой кислотой. Несмотря на то, что F является наиболее электроотрицательным атомом, связь в HF сильная, потому что фтора очень мало. Связь между водородом и фтором не легко диссоциирует.

Галогеноводородные кислоты в группе 17 увеличивают прочность в следующем порядке:

HF < HCl < HBr < HI

Ниже представлены важные сильные и слабые кислоты. Распространенные кислоты включают азотную кислоту HNO3, серную кислоту H2 SO4, соляную кислоту HCl и уксусную кислоту C2h3o2 H.

Кислотно-щелочная химия - обычные кислоты

Является ли HCl сильной кислотой или слабой кислотой? Сильный
Является ли HNO3 сильной кислотой или слабой кислотой? Сильный
Является ли уксусная кислота сильной или слабой кислотой? Слабый

Основы
Основание - это молекула, которая принимает протоны или отдает электронную пару для ковалентной связи. В водной форме основания обладают многими уникальными свойствами, такими как: горький вкус.

рН выше 7
Образует ОН-ионы в воде
Скользкий на ощупь
Превращает красную лакмусовую бумажку в синюю

Кислота против основания
Проще говоря, кислота производит ионы водорода в растворе, а основание производит ионы гидроксида. Вы можете получить более подробную информацию о различиях, прочитав о кислотно-щелочных теориях.

Прочность основания
Как и кислоты, основания имеют разный уровень прочности. Существуют сильные и слабые основания. Сила основания зависит от его способности поглощать H + из кислоты. Подобно сильным кислотам, сильные основания полностью ионизируются в воде, то есть ионы полностью разделяются. Сильные основания обычно имеют рН 10-14, а слабые основания имеют рН 8-13.

Факторами, влияющими на прочность основания, являются:

Электроотрицательность
Размер
По мере увеличения электроотрицательности атомов в одном ряду по периодической таблице, основность уменьшается. Атом хочет удержать свои электроны и не хочет отдавать их протону. По мере увеличения атомного размера атомов в группе электронная плотность уменьшается, что приводит к уменьшению основности. Общие основания включают гидроксид натрия NaOH, гидроксид калия KOH и аммиак NH3.

Кислотно-щелочная нейтрализация
Кислоты и основания могут нейтрализовать друг друга, что приводит к образованию соли и воды. Эта кислотно-щелочная реакция образует воду из комбинации ионов H + и ионов OH-. Когда сильная кислота и сильное основание объединяются, рН равен ровно 7. Значение pH равно 7, потому что кислота и основание полностью диссоциируют. Когда сильное основание нейтрализуется слабой кислотой, рН превышает 7. Напротив, когда слабое основание нейтрализуется сильной кислотой, рН меньше 7.