Свойства кислот и оснований

Что такое кислоты и основания?
В настоящее время существует три определения кислот и оснований, которые определяют, как они ведут себя при помещении в растворы. Это определения Льюиса, Бронстеда-Лоури и Аррениуса. Так что же такое кислота? По сути, кислоты принимают электронные пары и отдают протоны водорода. Напротив, основания отдают электроны и принимают протоны водорода. В дополнение к этим определениям кислоты и основания можно классифицировать по их свойствам. Эти свойства включают рН, вкус, текстуру, реакционную способность и проводимость.

Название “кислота” происходит от латинского acidus, что означает “кислый”, и относится к кислому вкусу и резкому запаху многих кислот.

рН кислот и оснований

Шкала pH является мерой того, насколько кислым или основным является раствор, и она колеблется от 0 до 14. Как вы можете видеть на изображении выше, кислотные растворы имеют рН менее 7, тогда как основания имеют рН выше 7. Растворы с рН 7, такие как вода (H2o), считаются нейтральными. Существует много различных способов измерения рН раствора, но два распространенных метода - это использование индикаторов и зондов. Зонды, как правило, более точны, потому что устройство помещается в раствор и считывается цифровым способом. Между тем, с индикаторами вы должны использовать свои глаза, чтобы наблюдать за любым изменением цвета и сравнивать его со шкалой pH. Одним из видов индикатора является лакмусовая бумажка. Кислоты превращают синюю лакмусовую бумажку в красную, а основания превращают красную лакмусовую бумажку в синюю. Обратите внимание, как это соотносится с цветами на изображении выше.

Итак, что означает, что раствор должен быть кислотным или основным? Кислотные растворы имеют высокую концентрацию протонов водорода, в то время как основные растворы имеют высокую концентрацию гидроксид-ионов. Когда эти два раствора объединяются, они нейтрализуют друг друга в так называемой реакции нейтрализации. В этой реакции продуктами являются соли и вода, которые образуются при соединении протонов водорода и гидроксид–ионов.

Вкус и текстура кислот и оснований

Еще одним отличительным признаком между кислотами и основаниями является вкус и текстура. Следует отметить, что вы всегда должны следовать рекомендациям по безопасности в лаборатории и никогда не употреблять химические вещества и не прикасаться к ним напрямую. До того, как эти правила были высечены на камне, чтобы защитить нас, химики пробовали химикаты на вкус. На самом деле, знаменитый физик и математик сэр Исаак Ньютон попробовал более сотни различных химических веществ, когда занимался алхимией. Среди них был элемент ртуть, который является высокотоксичным и был приписан его смерти. Как упоминалось ранее, кислотные растворы имеют высокую концентрацию ионов водорода. Это придает кислотам терпкий или кислый вкус. Хотя вы никогда не должны употреблять какие-либо кислоты в лаборатории, вы можете связать это со вкусом лимона. Лимоны кислые, так как содержат большое количество лимонной кислоты. Кроме того, лимоны имеют рН около 2-3, что хорошо подпадает под категорию кислых по шкале рН. Что касается оснований, они имеют тенденцию горчить. Примером этого может быть, если вы когда-нибудь пробовали пузырек мыла.

Опять же, вы никогда не должны намеренно прикасаться к химическим веществам на своей коже, поскольку они могут быть вредными и абразивными. Однако, если бы это происходило в лаборатории, вы могли бы определить, является ли это кислотой или основанием, на основе прикосновения. Если раствор кажется мыльным или скользким, это основа. Это потому, что основания растворяют жирные кислоты с нашей кожи и, по сути, превращают нашу кожу в мыло. Между тем, кислоты обычно шероховаты на ощупь.

Реакционная способность кислот и оснований

Реакции с металлами
Когда кислоты вступают в реакцию с металлами, результат очень похож на реакцию нейтрализации. Единственное отличие заключается в том, что вместо получения воды вы получите газообразный водород. Независимо от того, какая кислота или металл используются, они всегда будут производить соль и газ H2. Одним из примеров этого является реакция между магнием и соляной кислотой. При объединении полученными продуктами являются хлорид магния и газообразный водород. Что касается оснований, то они обычно не вступают в реакцию с металлами, но есть несколько металлов, которые составляют исключения, такие как цинк и алюминий. Эти реакции также приводят к образованию солей и газообразного водорода.

Реакции с карбонатами
Кислоты также могут вступать в реакцию с карбонатами, и в этом случае образуются соль, вода и диоксид углерода. Карбонаты образуются при соединении с металлами или органическими соединениями. Уникальной особенностью здесь является производство диоксида углерода. Этим можно манипулировать в лаборатории, чтобы определить, является ли неизвестный раствор основным или кислотным. Просто добавьте раствор карбоната, и если образуется углекислый газ, раствор, вероятно, будет кислым.

Реакции с жирами / маслами
Ранее в статье упоминалось, что основания растворяют масла на нашей коже и, по сути, превращают нашу кожу в мыло. Этот процесс растворения жиров и масел называется гидролизом, а в присутствии основания известен как омыление. По сути, эта реакция означает, что основания соединяются с жирами с образованием глицерина или мыла.

Проводимость кислот и оснований
На протяжении всей этой статьи мы говорили о том, как кислоты и основания могут ионизироваться в протоны водорода и гидроксид-ионы при помещении в раствор. Электролиты - это соли / молекулы, которые полностью ионизируются в полярных веществах, таких как вода. По этой причине сильные кислоты и основания также являются сильными электролитами. Эти электролиты способны проводить электричество в их водном состоянии, потому что их ионы подвижны.

Сводная сравнительная таблица
Свойства                                             Кислоты                           Основания
Вкус                                                    терпкий                           кислый горький
Текстура                                             Грубо Мыльный                скользкий
pH                                                       Менее 7                            Более 7
Получается лакмусовая бумажка..       Синий-> Красный             Красный-> Синий
Реакционная способность –                Реагирует с металлами с образованием газа H2
– Реагирует с карбонизированными соединениями с образованием CO2 – Обычно не реагирует с металлами или газированными соединениями
– Реагирует с маслами и жирами
Проводит электричество в воде           ДА                                      ДА
Примеры                                           уксус (этановая кислота)      лимонный сок (лимонная кислота)
                                             Пищевая сода (бикарбонат натрия)  аммиачная вода (гидроксид аммиака)

Что такое амфотерное соединение?
Если соединение является амфотерным, оно может реагировать либо как кислота, либо как основание. Амфотерные соединения обычно представляют собой оксиды или гидроксиды металлов. Они реагируют с кислотами с образованием соли металла и с сильным основанием с образованием многоатомного металлического иона. Для реакции с основанием амфотерный гидроксид часто должен быть свежеприготовленным, а основание должно быть горячим и концентрированным. В следующем примере оксид цинка превращается в цинкат–ион Zn(OH)4- в составе растворимого цинката натрия при добавлении к концентрированному основанию.

В кислоте: ZnO + H2SO4 > ZnSO 4 + H2o
В основании: ZnO + 2 NaOH + H2o > Na2[Zn(OH)4]
Примеры амфотерных соединений
Гидроксид хрома, гидроксид олова, гидроксид свинца, гидроксид кобальта, гидроксид цинка, оксид цинка, гидроксид алюминия и оксид алюминия.

Что такое полипротонная кислота?
Некоторые кислоты имеют более одного кислотного протона, например, серная кислота или фосфорная кислота. Эти соединения обладают множеством интересных свойств и применений.