7.2.1: Arrhenius zuren en basen

in het Arrhenius-model wordt een zuur gedefinieerd als een verbinding die dissocieert wanneer het wordt opgelost in water om een proton (H+) en een negatief geladen ion (een anion) te produceren. In feite zwerven naakte protonen (H+) niet rond in oplossing. Ze associëren altijd met minstens één, en waarschijnlijk meerdere, watermoleculen.,127 over het algemeen gebruiken chemici een steno voor deze situatie, hetzij verwijzend naar de h+ in waterige oplossing als een hydroniumion (aangeduid als H3O+) of zelfs eenvoudiger als H+, maar vergeet niet, dit is een short-hand., Een voorbeeld van een Arrhenius zuur reactie is:

HCl(g) + H2O ⇄ H3O+ (aq) + Cl– (aq)

of, meer gewoon (en waarachtiger de originele theorie):

HCl(g) ⇄ H+ (aq) + Cl– (aq) of HCl(aq)

, Maar dit is echt een rare manier om de werkelijke situatie, omdat de HCl-molecuul heeft geen interactie met één watermolecuul, maar samenwerkt met water als oplosmiddel. Wanneer waterstofchloride (HCl) gas wordt opgelost in water, dissocieert het in H+(aq) en Cl–(aq) bijna volledig., Voor alle doeleinden, zijn er geen HCl moleculen in de oplossing. Een waterige oplossing van HCl staat bekend als zoutzuur, dat zich onderscheidt van het gas, waterstofchloride. Deze volledige dissociatie is een kenmerk van sterke zuren, maar niet alle zuren zijn sterk!

Een Arrhenius-base wordt gedefinieerd als een verbinding die hydroxide (–OH) – ionen genereert wanneer deze in water worden opgelost., De meest voorkomende voorbeelden van Arrhenius-basen zijn de groep I (alkalimetaal) hydroxiden, zoals natriumhydroxide:

NaOH(s) + H2o ⇄ Na+(aq) + –OH(aq) of NaOH(aq)

nogmaals, dit is een reactiesysteem waarbij zowel NaOH als vloeibaar water betrokken zijn. Het proces van het vormen van een oplossing van natriumhydroxide is net als dat van de interactie tussen natriumchloride (NaCl) en water: de ionen (Na+ en –OH) scheiden en worden opgelost (omgeven) door de watermoleculen.,

zoals we binnenkort zullen zien, ioniseren sommige zuren (en basen) niet volledig; sommige zuurmoleculen blijven intact wanneer ze oplossen in water. Wanneer dit gebeurt, gebruiken we tweekoppige pijlen ⇌ om aan te geven dat de reactie reversibel is, en beide reagentia en producten aanwezig zijn in hetzelfde reactiemengsel. In het volgende hoofdstuk zullen we nog veel meer te zeggen hebben over de duur en richting van een reactie. Voor nu is het voldoende om te begrijpen dat zuur–base reacties (in feite alle reacties) reversibel zijn op moleculair niveau., In het geval van eenvoudige Arrhenius zuren en basen kunnen we echter aannemen dat de reactie vrijwel uitsluitend naar rechts verloopt.

Een Arrhenius zuur–base reactie treedt op wanneer een opgelost (waterig) zuur en een opgeloste (waterige) base worden gemengd. Het product van een dergelijke reactie wordt meestal gezegd dat een zout plus water en de reactie wordt vaak een neutralisatie reactie genoemd: het zuur neutraliseert de base, en vice versa., De vergelijking kan als volgt worden geschreven:

HCl(aq) + NaOH(aq) ⇄ H2O(l) + NaCl(aq)

wanneer de reactie in deze moleculaire vorm wordt geschreven is het vrij moeilijk om te zien wat er werkelijk gebeurt., Als we de vergelijking herschrijven om alle betrokken soorten weer te geven, en aannemen dat het aantal HCl–en NaOH –moleculen gelijk is, krijgen we:

H+(aq) + Cl–(aq) + Na+(aq) + –OH(aq) ⇄ H2o(l) + Na+(aq) + Cl – (aq) Na+(aq) en Cl – (aq)

verschijnen aan beide zijden van de vergelijking; ze zijn onveranderd en reageren niet (ze worden vaak toeschouwersionen genoemd omdat ze niet deelnemen aan de reactie)., De enige echte reactie die optreedt is de vorming van water: H+(aq) + –OH(aq) ⇄ H2O(l)

de vorming van water (niet de vorming van een zout) is de signatuur van een Arrhenius zuur–base reactie. Een aantal veel voorkomende sterke zuren, waaronder zoutzuur (HCl), zwavelzuur (H2SO4) en salpeterzuur (HNO3), reageren met een sterke base zoals NaOH of KOH (die, net als sterke zuren, volledig dissociëren in water) om water te produceren.,

dergelijke zuur-base reacties zijn altijd exotherm en we kunnen de temperatuurverandering meten en de overeenkomstige enthalpieverandering (ΔH) voor de reactie berekenen. Ongeacht welk sterk zuur of sterke base je kiest, de enthalpieverandering is altijd hetzelfde (ongeveer 58 kJ / mol H2o geproduceerd)., Dit komt omdat de enige consistente netto reactie die plaatsvindt in een oplossing van een sterk zuur en een sterke base is:

H+ (aq) + –OH (aq) ⇄ H2o(l)

een andere factor om op te merken is dat bij de totale reactie een nieuwe binding ontstaat tussen het proton (H+) en de zuurstof van het hydroxide (–OH.) Het is logisch dat iets met een positieve lading zou worden aangetrokken tot (en binding met) een negatief-geladen soort (hoewel je moet herinneren waarom de Na+ en Cl– niet combineren om natriumchloride vast in waterige oplossing te vormen.,) Het al dan niet vormen van bindingen hangt af van de exacte aard van het systeem, en de enthalpie en entropie veranderingen die geassocieerd zijn met de verandering. We zullen later in hoofdstuk 8 op dit idee terugkomen.

---