7.2.1: Arrhenius-Säuren und-basen

Im Arrhenius-Modell ist eine Säure definiert als eine Verbindung, die sich dissoziiert, wenn sie in Wasser gelöst wird, um ein Proton (H+) und ein negativ geladenes Ion (ein Anion) zu erzeugen. Tatsächlich wandern nackte Protonen (H+) nicht in Lösung herum. Sie verbinden sich immer mit mindestens einem und wahrscheinlich mehreren Wassermolekülen.,127 Im Allgemeinen verwenden Chemiker für diese Situation eine Kurzschrift, die sich entweder auf das H+ in wässriger Lösung als Hydroniumion (bezeichnet als H3O+) oder noch einfacher als H+ bezieht, aber vergessen Sie nicht, dies ist eine Kurzhand., Ein Beispiel für eine Arrhenius-Säure-Reaktion ist:

HCl(g) + H2O ⇄ H3O+ (aq) + Cl– (aq)

oder, mehr einfach (und näher an der ursprünglichen Theorie):

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

Aber das ist wirklich schon eine seltsame Art und Weise zu präsentieren, die aktuelle situation, da das HCl-Molekül interagiert nicht mit einem einzigen Wassermolekül, sondern interagiert mit Wasser als Lösungsmittel. Wenn Chlorwasserstoff(HCl) in Wasser gelöst wird, dissoziiert es fast vollständig in H+(aq) und Cl–(aq)., In jeder Hinsicht enthält die Lösung keine HCl-Moleküle. Eine wässrige Lösung von HCl ist als Salzsäure bekannt, die es vom Gas Chlorwasserstoff unterscheidet. Diese vollständige Dissoziation ist charakteristisch für starke Säuren, aber nicht alle Säuren sind stark!

Eine Arrhenius–Base ist definiert als eine Verbindung, die Hydroxid (- OH) – Ionen erzeugt, wenn sie in Wasser gelöst wird., Die häufigsten Beispiele für Arrhenius-Basen sind die Hydroxide der Gruppe I (Alkalimetall), wie Natriumhydroxid:

NaOH(s) + H2O ⇄ Na+(aq) + –OH(aq) oder NaOH(aq)

Dies ist wiederum ein Reaktionssystem, an dem sowohl NaOH als auch flüssiges Wasser beteiligt sind. Der Prozess der Bildung einer Natriumhydroxidlösung ist genau wie der, der an der Wechselwirkung zwischen Natriumchlorid (NaCl) und Wasser beteiligt ist: Die Ionen (Na+ und –OH) trennen sich und werden von den Wassermolekülen gelöst (umgeben).,

Wie wir in Kürze sehen werden, ionisieren einige Säuren (und Basen) nicht vollständig; Einige der Säuremoleküle bleiben intakt, wenn sie sich in Wasser auflösen. Wenn dies geschieht, verwenden wir doppelköpfige Pfeile⇌, um anzuzeigen, dass die Reaktion reversibel ist und sowohl Reaktanten als auch Produkte in demselben Reaktionsgemisch vorhanden sind. Wir werden im nächsten Kapitel viel mehr über die Dauer und Richtung einer Reaktion zu sagen haben. Im Moment genügt es zu verstehen, dass Säure–Basen-Reaktionen (tatsächlich alle Reaktionen) auf molekularer Ebene reversibel sind., Bei einfachen Arrhenius-Säuren und-Basen können wir jedoch davon ausgehen, dass die Reaktion fast ausschließlich nach rechts abläuft.

Eine Arrhenius Säure–Base-Reaktion tritt auf, wenn eine gelöste (wässrige) Säure und eine gelöste (wässrige) Base miteinander vermischt werden. Das Produkt einer solchen Reaktion wird normalerweise als Salz plus Wasser bezeichnet, und die Reaktion wird oft als Neutralisationsreaktion bezeichnet: Die Säure neutralisiert die Base und umgekehrt., Die Gleichung kann folgendermaßen geschrieben werden:

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

Wenn die Reaktion in dieser molekularen Form geschrieben wird, ist es ziemlich schwierig zu sehen, was tatsächlich passiert., Wenn wir die Gleichung umschreiben, um alle beteiligten Arten anzuzeigen, und davon ausgehen, dass die Anzahl der HCl–und NaOH –Moleküle gleich ist, erhalten wir:

H+(aq) + Cl–(aq) + Na+(aq) + –OH(aq) ⇄ H2O(l) + Na+(aq) + Cl – (aq) Na+(aq) und Cl – (aq)

erscheinen auf beiden Seiten der Gleichung; Sie sind unverändert und reagieren nicht (sie werden oft als Zuschauerionen bezeichnet, weil sie nicht an der Reaktion teilnehmen)., Die einzige tatsächliche Reaktion, die auftritt, ist die Bildung von Wasser: H+(aq) + –OH(aq) ⇄ H2O(l)

Die Bildung von Wasser (nicht die Bildung eines Salzes) ist die Signatur einer Arrhenius Säure–Basen-Reaktion. Eine Reihe gängiger starker Säuren, einschließlich Salzsäure (HCl), Schwefelsäure (H2SO4) und Salpetersäure (HNO3), reagieren mit einer starken Base wie NaOH oder KOH (die wie starke Säuren vollständig in Wasser dissoziieren), um Wasser zu produzieren.,

Solche Säure–Basen-Reaktionen sind immer exotherm und wir können die Temperaturänderung messen und die entsprechende Enthalpieänderung (ΔH) für die Reaktion berechnen. Unabhängig davon, welche starke Säure oder starke Base Sie wählen, ist die Enthalpieänderung immer gleich (etwa 58 kJ/mol H2O produziert)., Dies liegt daran, dass die einzige konsistente Nettoreaktion, die in einer Lösung einer starken Säure und einer starken Base stattfindet, ist:

H+ (aq) + –OH (aq) ⇄ H2O(l)

Ein weiterer Faktor zu beachten ist, dass die Gesamtreaktion eine neue Bindung zwischen dem Proton (H+) und dem Sauerstoff des Hydroxids (–OH.) Es macht Sinn, dass etwas mit einer positiven Ladung von einer negativ geladenen Spezies angezogen wird (und sich mit ihr verbindet) (obwohl Sie sich daran erinnern sollten, warum sich Na+ und Cl-nicht zu Natriumchloridfeststoff in wässriger Lösung verbinden.,), Ob die Form von Bindungen von der exakten Natur des Systems abhängt oder nicht, und die Enthalpie-und Entropieänderungen, die mit der Änderung verbunden sind. Wir werden später in Kapitel 8 auf diese Idee zurückkehren.

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