Кислоты и основания

После прочтения статьи Вы сможете разделять вещества на соли, кислоты и основания. В статье описано, что такое pH раствора, какими общими свойствами обладают кислоты и основания.

Как металлы и неметаллы, кислоты и основания - это разделение веществ по схожим свойствам. Первая теория кислот и оснований принадлежала швецкому учёному Аррениусу. Кислота по Аррениусу - это класс веществ, которые в реакции с водой диссоциируют (распадаются), образовывая катион водорода H+. Основания Аррениуса в водном растворе образуют анионы OH-. Следующая теория в 1923 году была предложена учёными Бренстедом и Лоури. Теория Бренстеда-Лоури определяет кислотами вещества, способные в реакции отдавать протон (протоном в реакциях называют катион водорода). Основания, соответственно, - это вещества, способные принять протон в реакции. Актуальная на данный момент теория - теория Льюиса. Теория Льюиса определяет кислоты как молекулы или ионы, способные принимать электронные пары, тем самым формируя аддукты Льюиса (аддукт - это соединение, образующееся соединением двух реагентов без образования побочных продуктов).

В неорганической химии, как правило, под кислотой имеют ввиду кислоту Бренстеда-Лоури, то есть вещества, способные отдать протон. Если имеют ввиду определение кислоты по Льюису, то в тексте такую кислоту называют кислотой Льюиса. Данные правила справедливы для кислот и оснований.

Диссоциация

Диссоциация – это процесс распада вещества на ионы в растворах или расплавах. Например, диссоциация соляной кислоты - это распад HCl на H+ и Cl-.

Свойства кислот и оснований

Кислоты, содержащие водород, в водном растворе выделяют катионы водорода. Основания, содержащие гидроксид-ион, в водном растворе выделяют анион OH-.

Основания, как правило, мыльные на ощупь, кислоты, в большинстве своём, имеют кислый вкус.

При реакции основания со многими катионами формируется осадок. При реакции кислоты с анионами, как правило, выделяется газ.

Часто используемые кислоты:
H2O, H3O+, CH3CO2H, H2SO4, HSO4, HCl, CH3OH, NH3
Часто используемые основания:
OH, H2O, CH3CO2, HSO4, SO42−, Cl

Сильные и слабые кислоты и основания

Сильные кислоты

Такие кислоты, которые полностью диссоциируют в воде, производя катионы водорода H+ и анионы. Пример сильной кислоты - соляная кислота HCl:

HCl(р-р) + H2O(ж) → H3O+(р-р) + Cl-(р-р)

Примеры сильных кислот: HCl, HBr, HF, HNO3, H2SO4, HClO4

Список сильных кислот

  • HCl - соляная кислота
  • HBr - бромоводород
  • HI - йодоводород
  • HNO3 - азотная кислота
  • HClO4 - хлорная кислота
  • H2SO4 - серная кислота

Слабые кислоты

Растворяются в воде только частично, например, HF:

HF(р-р) + H2O(ж) → H3O+(р-р) + F-(р-р) - в такой реакции более 90% кислоты не диссоциирует:
[H3O+]=[F-] < 0,01M для вещества 0,1М

Сильную и слабую кислоту можно различить измеряя проводимость растворов: проводимость зависит от количества ионов, чем сильнее кислота тем она более диссоциирована, поэтому чем сильнее кислота тем выше проводимость.

Список слабых кислот

  • HF фтороводородная
  • H3PO4 фосфорная
  • H2SO3 сернистая
  • H2S сероводородная
  • H2CO3 угольная
  • H2SiO3 кремниевая
  • Сильные основания

    Сильные основания полностью диссоциируют в воде:

    NaOH(р-р) + H2O ↔ NH4

    К сильным основаниям относятся гидроксиды металлов первой (алкалины, щелочные металы) и второй (алкалинотеррены, щёлочноземельные металлы) группы.

    Список сильных оснований

    • NaOH гидроксид натрия (едкий натр)
    • KOH гидроксид калия (едкое кали)
    • LiOH гидроксид лития
    • Ba(OH)2 гидроксид бария
    • Ca(OH)2 гидроксид кальция (гашеная известь)

    Слабые основания

    В обратимой реакции в присутствии воды образует ионы OH-:

    NH3 (р-р) + H2O ↔ NH+4 (р-р) + OH-(р-р)

    Большинство слабых оснований - это анионы:

    F-(р-р) + H2O ↔ HF(р-р) + OH-(р-р)

    Список слабых оснований

    • Mg(OH)2 гидроксид магния
    • Fe(OH)2 гидроксид железа (II)
    • Zn(OH)2 гидроксид цинка
    • NH4OH гидроксид аммония
    • Fe(OH)3 гидроксид железа (III)

    Реакции кислот и оснований

    Сильная кислота и сильное основание

    Такая реакция называется нейтрализацией: при количестве реагентов достаточном для полной диссоциации кислоты и основания, результирующий раствор будет нейтральным.

    Пример:
    H3O+ + OH- ↔ 2H2O

    Слабое основание и слабая кислота

    Общий вид реакции:
    Слабое основание(р-р) + H2O ↔ Слабая кислота(р-р) + OH-(р-р)

    Сильное основание и слабая кислота

    Основание полностью диссоциирует, кислота диссоциирует частично, результирующий раствор имеет слабые свойства основания:

    HX(р-р) + OH-(р-р) ↔ H2O + X-(р-р)

    Сильная кислота и слабое основание

    Кислота полностью диссоциирует, основание диссоциирует не полностью:

    NH3 (р-р) + H+ ↔ NH4

    Диссоциация воды

    Диссоциация - это распад вещества на составляющие молекулы. Свойства кислоты или основания зависят от равновесия, которое присутствует в воде:

    H2O + H2O ↔ H3O+(р-р) + OH-(р-р)
    Kc = [H3O+][OH-]/[H2O]2
    Константа равновесия воды при t=25°: Kc = 1.83⋅10-6, также имеет место следующее равенство: [H3O+][OH-] = 10-14, что называется константой диссоциации воды. Для чистой воды [H3O+] = [OH-] = 10-7, откуда -lg[H3O] = 7.0.

    Данная величина (-lg[h3O]) называется pH - потенциал водорода. Если pH < 7, то вещество имеет кислотные свойства, если pH > 7, то вещество имеет основные свойства.

    Способы определения pH

    Инструментальный метод

    Специальный прибор pH-метр - устройство, трансформирующее концентрацию протонов в растворе в электрический сигнал.

    Индикаторы

    Вещество, которое изменяет цвет в некотором интервале значений pH в зависимости от кислотности раствора, используя несколько индикаторов можно добиться достаточно точного результата.

    Соль

    Соль - это ионное соединение образованное катионом отличным от H+ и анионом отличным от O2-. В слабом водном растворе соли полностью диссоциируют.

    Что бы определить кислотно-щелочные свойства раствора соли, необходимо определить, какие ионы присутствуют в растворе и рассмотреть их свойства: нейтральные ионы, образованные из сильных кислот и оснований не влияют на pH: не отдают ионы ни H+, ни OH- в воде. Например, Cl-, NO-3, SO2-4, Li+, Na+, K+.

    Анионы, образованные из слабых кислот, проявляют щелочные свойства (F-, CH3COO-, CO2-3), катионов с щелочными свойствами не существует.

    Все катионы кроме металлов первой и второй группы имеют кислотные свойства.

    Буфферный раствор

    Растворы, которые сохраняют уровень pH при добавлении небольшого количества сильной кислоты или сильного основания, в основном состоят из:

    • Смесь слабой кислоты, соответствующей соли и слабого основания
    • Слабое основание, соответствующая соль и сильная кислота

    Для подготовки буфферного раствора определённой кислотности необходимо смешать слабую кислоту или основание с соответствующей солью, при этом необходимо учесть:

    • Интервал pH в котором буфферный раствор будет эффективен
    • Ёмкость раствора - количество сильной кислоты или сильного основания, которые можно добавить не повлияв на pH раствора
    • Не должно происходить нежелаемых реакций, которые могут изменить состав раствор

    Вам понравилась статья? Да / Нет (не требуется регистрации или чего-либо ещё, просто нажать)

    Порекомендуйте статью своим друзьям:




    Если Вы что-то не поняли - спросите это у нас:

    Неорганическая химия

    1. Простые вещества

    Простые вещества в таблице Менделеева

    2. Кислоты и основания

    Кислота. Основание. Соль. pH. Буферный раствор

    Общая химия

    Органическая химия

    Аналитическая химия




    © 2015-2017 - K-Tree.ru
    Копия материалов, размещённых на данном сайте, допускается только по письменному разрешению владельцев сайта.
    По любым вопросам Вы можете связаться по почте info@k-tree.ru