Kwasy, zasady i reakcje zobojętniania
Reakcja kwasowo-zasadowa to taka, w której jon wodorowy H+, jest przenoszony z jednego związku chemicznego na inny. Reakcje takie mają kluczowe znacze…
Ludzki żołądek to narząd mięśniowy zawierający soki żołądkowe, w tym kwas solny, które pomagają trawić pokarm. Niektóre rodzaje pokarmów podnoszą poziom kwasowości naszego żołądka, powodując refluks żołądkowy.
Spożywanie pokarmów alkalicznych lub zasady, takiej jak środek zobojętniający kwas żołądkowy, neutralizuje nadmiar kwasu, łagodząc uczucie pieczenia. Jest to przykład reakcji kwasowo-zasadowej.
Najprostsze kwasy to substancje, które zawierają dysocjowalne atomy wodoru. W roztworach wodnych uwalniają dodatnio naładowane jony wodorowe lub protony wraz z odpowiadającymi im anionami. Protony reagują z cząsteczkami wody, tworząc jony hydroniowe.
Na przykład wodny roztwór kwasu azotowego zawiera jony hydroniowe i jony azotanowe. Inne powszechnie znane kwasy to kwas solny, kwas siarkowy i kwas fosforowy.
Kwasy są monoprototyczne lub poliprototyczne w zależności od liczby dysocjowalnych atomów wodoru w cząsteczce.
Kwas solny i kwas azotowy, z których każdy zawiera jeden dysocjowalny wodór, są przykładami kwasów monoprotonowych, podczas gdy kwas siarkowy i kwas fosforowy są poliprotyczne. Kwas siarkowy jest diprotyczny i uwalnia kolejno swoje dwa protony, podczas gdy kwas fosforowy jest triprotonowy i dysocjuje sekwencyjnie w trzech etapach.
Najprostszymi zasadami są związki, które dają ujemnie naładowane jony wodorotlenkowe w roztworach wodnych. Łatwe do zidentyfikowania zasady zawierają grupy hydroksylowe; Na przykład wodorotlenek sodu, wodorotlenek potasu i wodorotlenek wapnia.
Takie zasady, po dodaniu do wody, dysocjują na jony wodorotlenkowe i odpowiadające im kationy metali.
Zasady bezwodorotlenkowe, takie jak amoniak, reagują z wodą, przyjmując protony z cząsteczek wody w celu wytworzenia jonów amonowych i jonów wodorotlenkowych.
Ogólnie rzecz biorąc, kwas i zasada reagują, tworząc wodę i sól. Reakcje kwasowo-zasadowe nazywane są również reakcjami neutralizacji, gdy mole protonów dostarczanych przez kwas i mole jonów wodorotlenkowych dostarczanych przez zasadę są równe.
Na przykład, gdy miesza się równe ilości wodnego kwasu azotowego i wodnego wodorotlenku potasu, ilości jonów hydroniowych i wodorotlenkowych dostarczanych do roztworu są również równe.
W związku z tym jony hydroniowe i wodorotlenkowe całkowicie neutralizują się nawzajem, łącząc się w wodę, nie pozostawiając żadnych jonów hydroniowych ani wodorotlenkowych. Dodatkowo aniony azotanowe i kationy potasu łączą się, tworząc sól — azotan potasu.
Niektóre reakcje neutralizacji są reakcjami wydzielania gazów. Na przykład kwas solny i siarczyn potasu reagują, tworząc chlorek potasu, wodę i gazowy dwutlenek siarki w układzie równowagi siarczynowo-wodorosiarczynowej.
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.