7.2.1: kwasy i zasady Arrheniusa

w modelu Arrheniusa kwas definiuje się jako związek, który dysocjuje po rozpuszczeniu w wodzie w celu wytworzenia protonu (H+) i ujemnie naładowanego jonu (anionu). W rzeczywistości nagie protony (H+) nie krążą w roztworze. Zawsze kojarzą się z co najmniej jedną, a bardziej prawdopodobne, wieloma cząsteczkami wody.,127 ogólnie rzecz biorąc, chemicy używają skrótu w tej sytuacji, albo odnosząc się do H+ w roztworze wodnym jako Jon hydroniowy (oznaczany jako H3O+) lub nawet prościej jako H+, ale nie zapominaj, że jest to krótka ręka., Przykład reakcji kwasu Arrheniusa to:

HCl(g) + H2O ⇄ H3O+ (AQ) + Cl– (AQ)

lub, prościej (i bardziej zgodne z oryginalną teorią):

HCL(G) ⇄ H+ (AQ) + CL– (AQ) lub HCL(AQ)

ale jest to naprawdę dość dziwny sposób na przedstawienie rzeczywistej sytuacji, ponieważ cząsteczka HCL nie oddziałuje z pojedynczą cząsteczką wody, ale raczej współdziała z wodą jako rozpuszczalnikiem. Gdy gaz chlorowodorowy (HCl) rozpuszcza się w wodzie, dysocjuje do H+(aq) i Cl–(aq) prawie całkowicie., Dla wszystkich zamiarów i celów, nie ma cząsteczek HCl w roztworze. Wodny roztwór HCl jest znany jako kwas solny, co odróżnia go od gazu, chlorowodoru. Ta całkowita dysocjacja jest cechą silnych kwasów, ale nie wszystkie kwasy są silne!

zasada Arrheniusa jest zdefiniowana jako związek, który po rozpuszczeniu w wodzie wytwarza jony wodorotlenku (–OH)., Najczęstszymi przykładami zasad Arrheniusa są wodorotlenki grupy i (metali alkalicznych), takie jak wodorotlenek sodu:

NaOH(s) + H2O ⇄ Na+(AQ) + –OH(AQ) lub NaOH(AQ)

jest to układ reakcji, który obejmuje zarówno NaOH, jak i ciekłą wodę. Proces tworzenia roztworu wodorotlenku sodu jest podobny do tego, który bierze udział w interakcjach między chlorkiem sodu (NaCl) i wodą: jony (Na+ I –OH) oddzielają się i są solwatowane (otoczone) przez cząsteczki wody.,

jak zobaczymy wkrótce, niektóre kwasy (i zasady) nie jonizują się całkowicie; niektóre cząsteczki kwasu pozostają nienaruszone, gdy rozpuszczają się w wodzie. Gdy to nastąpi, używamy strzałek dwugłowych⇌, aby wskazać, że reakcja jest odwracalna, a zarówno reagenty, jak i produkty są obecne w tej samej mieszaninie reakcyjnej. Będziemy mieli o wiele więcej do powiedzenia na temat czasu trwania i kierunku reakcji w następnym rozdziale. Na razie wystarczy zrozumieć, że reakcje kwasowo-zasadowe (w rzeczywistości wszystkie reakcje) są odwracalne na poziomie molekularnym., W przypadku prostych kwasów i zasad Arrheniusa można jednak założyć, że reakcja przebiega niemal wyłącznie w prawo.

reakcja kwasowo–zasadowa Arrheniusa zachodzi, gdy rozpuszczony (wodny) kwas i rozpuszczona (wodna) zasada są mieszane razem. Produktem takiej reakcji jest zwykle sól i woda, a reakcja jest często nazywana reakcją neutralizacyjną: kwas neutralizuje zasadę i odwrotnie., Równanie można zapisać w następujący sposób:

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

kiedy reakcja jest zapisana w tej formie molekularnej, dość trudno jest zobaczyć, co faktycznie się dzieje., Jeśli przepisujemy równanie, aby pokazać wszystkie zaangażowane gatunki i zakładamy, że liczba cząsteczek HCl i NaOH są równe, otrzymujemy:

H+(aq) + Cl–(AQ) + na+(AQ) + –OH(AQ) ⇄ H2O(L) + Na+(AQ) + Cl–(AQ) Na+(AQ) i Cl–(AQ)

pojawiają się po obu stronach równania; są niezmienione i nie reagują (często nazywane są jonami widza, ponieważ nie biorą udziału w reakcji)., Jedyną rzeczywistą reakcją, która zachodzi, jest tworzenie wody: H+(aq) + –OH(AQ) ⇄ H2O (l)

tworzenie wody (nie tworzenie soli) jest sygnaturą reakcji kwasowo–zasadowej Arrheniusa. Wiele typowych silnych kwasów, w tym kwas solny (HCl), kwas siarkowy (H2SO4) i kwas azotowy (HNO3), reaguje z silną zasadą, taką jak NaOH lub KOH (które, podobnie jak silne kwasy, całkowicie dysocjują w wodzie), aby wytworzyć wodę.,

takie reakcje kwasowo–zasadowe są zawsze egzotermiczne i możemy zmierzyć zmianę temperatury i obliczyć odpowiednią zmianę entalpii (ΔH) dla reakcji. Niezależnie od tego, który mocny kwas lub mocną zasadę wybierzesz, zmiana entalpii jest zawsze taka sama (około 58 kJ/mol wytwarzanego H2O)., Dzieje się tak, ponieważ jedyna spójna reakcja netto, która zachodzi w roztworze silnego kwasu i silnej zasady, to:

H+ (aq) + –OH (AQ) ⇄ H2O(l)

jednym z innych czynników, które należy zauważyć, że ogólna reakcja obejmuje nowe Wiązanie utworzone między protonem (H+) i tlenem wodorotlenku (H+). –OH.) Ma sens, że coś z dodatnim ładunkiem byłoby przyciągane (i wiązało się z) ujemnie naładowanymi gatunkami (chociaż należy przypomnieć, dlaczego Na + I Cl-nie łączą się, tworząc chlorek sodu w roztworze wodnym.,) To, czy tworzą się wiązania, zależy od dokładnej natury układu oraz zmian entalpii i entropii związanych ze zmianą. Wrócimy do tego pomysłu w rozdziale 8.

---