תגובת חומצה-בסיס היא תגובה שבה יון מימן, H+, מועבר ממין כימי אחד לאחר. לתגובות כאלה יש חשיבות מרכזית לתהליכים טבעיים וטכנולוגיים רבים, החל מהתמורות הכ…
הקיבה האנושית היא איבר שרירי שמכיל מיצי קיבה, כולל חומצת מימן כלורית, שעוזרים לעיכול המזון. מאכלים מסוימים מגבירים את מידת החומציות בקיבה שלנו, מה שגורם לרפלוקס חומצי. אכילת מזון אלקלי או נטילת נוגדי חומצה מאזנת את עודף החומציות ומקלה על הצריבה שמורגשת.
זו דוגמה לתגובת חומצה-בסיס. החומצות הפשוטות ביותר הן חומרים שמכילים אטומי מימן חומציים. בתמיסות מימיות, הן מתפרקות ליונים טעונים חיובית, או פרוטונים, יחד עם האניונים המתאימים.
הפרוטונים מגיבים עם מולקולות המים ויוצרים יוני הידרוניום. לדוגמה, תמיסה מימית של חומצה חנקתית מכילה יוני הידרוניום ויוני חנקה. חומצות מוכרות נוספות הן חומצת מימן כלורי, חומצה גופרתית וחומצה זרחתית.
חומצות הן חד-פרוטיות או פוליפרוטיות, תלוי במספר אטומי המימן החומציים בכל מולקולה. חומצת מימן כלורי וחומצה חנקתית, שיש בהן מימן נפרד אחד בכל אחת, הן דוגמאות לחומצה חד-פרוטית, בעוד שחומצה גופרתית וחומצה זרחתית הן פוליפרוטיות. חומצה גופרתית היא דו-פרוטית ומשחררת את שני הפרוטונים שלה ברצף, בעוד חומצה זרחתית היא טרי-פרוטית ונפרדת ברצף של שלושה שלבים.
הבסיסים הכי פשוטים הם תרכובות שיוצרים יוני הידרוקסיד טעונים שלילית בתמיסות מימיות. בסיסים קלים לזיהוי מכילים קבוצות הידרוקסיל. לדוגמה:נתרן הידרוקסידי, אשלגן הידרוקסידי וסידן הידרוקסידי.
כשמוסיפים בסיסים כאלה למים, הם נפרדים ליוני הידרוקסיד ולקטיוני המתכת התואמים. בסיסים א-הידרוקסידים כמו אמוניה מגיבים עם מים על ידי תלישת פרוטונים ממולקולות המים ליצירת יוני אמוניום ויוני הידרוקסיד. באופן כללי, חומצה ובסיס מגיבים ויוצרים מים ומלח.
תגובות חומצה-בסיס נקראות גם סתירה"כהשמולים של הפרוטונים, שמגיעים מהחומצה והמולים של יוני הידרוקסיד, שמגיעים מהבסיס, שווים אלה לאלה. לדוגמה, כשכמות שווה של חומצה חנקתית מימית ושל אשלגן הידרוקסידי מעורבבים, כמות יוני ההידרוניום ויוני ההידורקסיד שהוכנסו לתמיסה גם הם שווים. לפיכך, יוני ההידרוניום ויוני ההידרוקסיד סתרו לחלוטין זה את זה כשהתחברו במים בלי להשאיר אף הידרוניום או הידרוקסיד מאחור.
בנוסף, אניוני החנקה וקטיוני האשלגן, מתחברים ליצירת מלח אשלגן חנקתי. תגובות סתירה מסוימות מתרחשות בגז. לדוגמה, חומצת מימן כלורי ואשלגן גופרתי מגיבים ויוצרים אשלגן כלורי, מים וגז גופרית דו חמצני בעזרת שיווי המשקל סולפיט-ביסולפיט.
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.