تفاعل الحمض-القاعدة هو التفاعل الذي يتم فيه انتقال أيون الهيدروجين H+ من نوع كيميائي إلى آخر. وتتسم التفاعلات هذه بأهمية مركزية بالنسبة للعديد من العم…
معدة الإنسان عضو عضلي تحتوي على عصائر المعدة،بما في ذلك حمض الهيدروكلوريك،مما يساعد على هضم الطعام. أنواع معينة من الأطعمة ترفع مستويات الحموضة في المعدة،و تسبب ارتداد الحمض. تناول طعام قلوي،أو قاعدة كمضاد للحموضة،يحيد الحموضة الزائدة،ويخفف الإحساس بالاحتراق.
هذا مثال على تفاعل حمضي-قاعدي. أبسط الأحماض هي،المواد التي تحتوي على ذرات هيدروجين قابلة للانفصال. في المحاليل المائية،تقوم بإطلاق أيونات الهيدروجين إيجابية الشحنة،أو البروتونات،بالتزامن مع الأنيونات المقابلة.
تتفاعل البروتونات مع جزيئات الماء لتشكيل أيونات الهيدرونيوم. على سبيل المثال،محلول مائي لحمض النيتريك يحتوي على أيونات الهيدرونيوم وأيونات النترات. الأحماض المعروفة الأخرى هي حمض الهيدروكلوريك الشائع،حامض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك.
الأحماض،إمّا أحادية البروتون أو متعددة البروتونات،حسب عدد ذرات الهيدروجين المنفصلة لكل جزيء. حمض الهيدروكلوريك وحمض النيتريك،مع ذرة هيدروجين واحدة منفصلة لكل منهما،كلاهما مثالان على الأحماض أحادية البروتون،بينما يعد حمض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك متعددا البروتونات. حمض الكبريتيك ثنائي البروتون،ويطلق بروتوناته بالتتابع،بينما حامض الفوسفوريك ثلاثي،ويتفكك بالتتابع في ثلاث خطوات.
أبسط الموادالقاعدية،هي المركبات التي تنتج أيونات الهيدروكسيد سالبة الشحنة في المحاليل المائية. تحتوي الواد القاعدية،التي يمكن التعرف عليها بسهولة،على مجموعات الهيدروكسيل على سبيل المثال،هيدروكسيد الصوديوم،هيدروكسيد البوتاسيوم،وهيدروكسيد الكالسيوم. هذه القواعد،عند إضافتها إلى الماء،تتفكك الى أيونات الهيدروكسيد والكاتيونات المعدنية المقابلة.
تتفاعل القواعد غير الهيدروكسيدية،مثل الأمونيا،مع الماء عن طريق قبول البروتونات من جزيئات الماء،لإنتاج أيونات الأمونيوم وأيونات الهيدروكسيد. بشكل عام،يتفاعل حمض وقاعدة لتكوين الماء والملح. تسمى التفاعلات الحمضية-القاعدية أيضًا تفاعلات التعادل،عندما تتساوي مولات البروتونات التي يوفرها الحمض،مع مولات أيونات الهيدروكسيد التي توفرها القاعدة.
على سبيل المثال،عند خلط كميات متساوية من حمض النيتريك المائي،مع هيدروكسيد البوتاسيوم المائي،فإنّكميات أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد في المحلول متساوون أيضًا. لذلك،فإن أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد تحيد بعضها البعض تمامًا عن طريق التجمع لتشكيل الماء،بدون ترك اي أيونات هيدرونيوم أو هيدروكسيد وراءها. بالإضافة إلى ذلك،تتزاوج أنيونات النترات وكاتيونات البوتاسيوم لتكوين ملح نترات البوتاسيوم.
بعض تفاعلات التعادل هي تفاعلات منتجة للغاز. على سبيل المثال،يتفاعل حمض الهيدروكلوريك وكبريتيت البوتاسيوم لتشكيل كلوريد البوتاسيوم،الماء،و كذلك غاز ثاني أكسيد الكبريت من خلال نظام التوازن بين كبريتيت بيسلفيت.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What happens when an acid dissolves in water?
When an acid dissolves in water, it releases positively charged hydrogen ions, or protons. These protons chemically combine with water molecules to form hydronium ions. For example, nitric acid in aqueous solution produces hydronium ions and nitrate ions. This ionization process is fundamental to understanding how acids behave in chemical reactions in aqueous solutions.
Q2: How do monoprotic and polyprotic acids differ?
Monoprotic acids contain one dissociable hydrogen atom per molecule, such as hydrochloric acid and nitric acid. Polyprotic acids contain multiple dissociable hydrogens; sulfuric acid is diprotic with two protons, while phosphoric acid is triprotic with three protons. Polyprotic acids release their protons sequentially in separate ionization steps.
Q3: What is the difference between strong and weak bases?
Strong bases like sodium hydroxide and potassium hydroxide completely dissociate in water, releasing hydroxide ions directly. Weak bases like ammonia react only partially with water by accepting protons from water molecules. Under typical conditions, only about one percent of dissolved ammonia exists as ammonium ions, demonstrating the incomplete ionization characteristic of weak bases.
Q4: What defines a neutralization reaction?
A neutralization reaction occurs when an acid and base react in equal molar amounts, with the protons from the acid completely neutralizing the hydroxide ions from the base. The products are typically water and a salt. For instance, when nitric acid and potassium hydroxide mix in equal amounts, hydronium and hydroxide ions combine to form water, while nitrate and potassium ions form potassium nitrate salt.
Q5: Why is antacid effective for treating acid reflux?
Antacids contain bases like magnesium hydroxide that neutralize excess hydrochloric acid in the stomach through an acid-base reaction. The hydroxide ions from the antacid combine with hydrogen ions from stomach acid to form water, reducing acidity and relieving the burning sensation. This neutralization reaction converts the acidic environment into a more neutral one.
Q6: What are spectator ions in acid-base reactions?
Spectator ions are ions present in a reaction that do not participate in forming the products. In the reaction between hydrochloric acid and sodium hydroxide, chloride and sodium ions are spectator ions because they remain unchanged throughout. The net ionic equation excludes spectator ions, showing only the species that actually react to form water.
Q7: How do gas-evolution reactions differ from typical neutralization reactions?
Gas-evolution reactions are a special type of acid-base reaction where one product is a gas instead of just water and salt. For example, hydrochloric acid reacting with potassium sulfite produces potassium chloride, water, and sulfur dioxide gas through the sulfite-bisulfite equilibrium system. This distinguishes them from standard neutralization reactions that yield only solid salts and water.