Кислоты, основания и реакции нейтрализации
Кислотно-основная реакция — это реакция, при которой ион водорода, H+, переносится из одного химического вида в другой. Такие реакции имеют решающее з…
Человеческий желудок это мышечный орган, содержащий желудочный сок, в том числе соляную кислоту, который помогает переваривать пищу. Некоторые виды продуктов повышают кислотность желудка, вызывая кислотный рефлюкс. Употребление щелочной пищи или основных соединений, таких как антацид, нейтрализует избыток кислоты, снимая ощущение жжения.
Это пример кислотно-щелочной реакции. Самые простые кислоты это вещества, содержащие диссоциируемые атомы водорода. В водных растворах они образуют положительно заряженные ионы водорода или протоны вместе с соответствующими анионами.
Протоны реагируют с молекулами воды с образованием ионов гидроксония. Например, водный раствор азотной кислоты содержит ионы гидроксония и нитрат-ионы. Другими широко известными кислотами являются соляная кислота, серная кислота и фосфорная кислота.
Кислоты бывают одноосновными или многоосновными, в зависимости от количества диссоциирующих атомов водорода в молекуле. Соляная кислота и азотная кислота с одним диссоциирующим атомом водорода являются примерами одноосновных кислот, в то время как серная кислота и фосфорная кислота являются многоосновными. Серная кислота является дипротонной и последовательно выделяет два своих протона, тогда как фосфорная кислота является трипротонной и последовательно диссоциирует в три этапа.
Самыми простыми основаниями являются соединения, образующие отрицательно заряженные гидроксид-ионы в водных растворах. Легко идентифицируемые основания содержат гидроксильные группы;например, гидроксид натрия, гидроксид калия и гидроксид кальция. Такие основания при добавлении в воду диссоциируют на ионы гидроксида и соответствующие катионы металлов.
Негидроксидные основания, такие как аммиак, реагируют с водой, принимая протоны от молекул воды с образованием ионов аммония и гидроксид-ионов. Обычно кислота и основание реагируют с образованием воды и соли. Кислотно-основные реакции также называются реакциями нейтрализации, когда моли протонов, поставляемых кислотой, и моли гидроксид-ионов, поставляемых основанием, равны.
Например, когда смешиваются равные количества водной азотной кислоты и водного гидроксида калия, количества ионов гидроксония и гидроксид-ионов, высвобождаемых в раствор, также равны. Следовательно, ионы гидроксония и гидроксид-ионы полностью нейтрализуют друг друга, объединяясь с образованием воды, не оставляя после себя ионов гидроксония или гидроксид-ионов. Кроме того, нитрат-анионы и катионы калия соединяются с образованием соли нитрата калия.
Некоторые реакции нейтрализации протекают с выделением газа. Например, соляная кислота и сульфит калия реагируют с образованием хлорида калия, воды и газообразного диоксида серы через систему равновесия сульфит-бисульфит.
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.