Концепции равновесия

Раньше кислоты, основания и соли идентифицировали путем тестирования их водных растворов. Кислота определяется как вещество, которое придает воде кислый вкус, окрашивает синюю лакмусовую бумагу в красный цвет и нейтрализует основания. Если водный раствор вещества имеет горький вкус, окрашивает лакмус в красный цвет или нейтрализует кислоты, его называют основанием. Соль является нереакционноспособным веществом, не влияющим на лакмус в водном растворе. Электролиты, по Фарадею, это кислоты, основания и соли. Кроме того, Либих предположил, что кислоты представляют собой водородосодержащие соединения, которые можно заменить металлами.

• Кислоты: Кислотность является отличительной чертой кислот. Кислые вещества обычно очень кислые. Помимо соляной кислоты, в окружающей среде существует множество других типов кислот. Цитрусовые, такие как лимоны и апельсины, содержат лимонную и аскорбиновую кислоты, тогда как винная кислота содержится в тамариндовой пасте.
• Основания: основания заставляют красную лакмусовую бумагу становиться синей, а синяя лакмусовая бумага остается синей. Они имеют горький вкус и ощущение мыла. Другие распространенные основания включают бикарбонат натрия, который используется в кулинарии, и бытовой отбеливатель.
• Соли: другие распространенные соли, помимо хлорида натрия, включают нитрат натрия, сульфат бария и другие. Хлорид натрия, также известный как поваренная соль, является побочным продуктом реакции соляной кислоты (кислоты) и гидроксида натрия (основания). Группа положительно заряженных ионов натрия и отрицательно заряженных ионов хлорида удерживается вместе электростатическими силами в твердом хлориде натрия. Электростатические силы между противоположными зарядами обратно пропорциональны диэлектрической проницаемости среды.

Другими словами, объединение кислотного и основного соединений может привести к солям. Вода, универсальный растворитель, имеет диэлектрическую проницаемость 80. В результате, когда хлорид натрия растворяется в воде, диэлектрическая проницаемость воды уменьшает электростатическую силу, позволяя ионам свободно перемещаться в растворе. Из-за гидратации молекулами воды они также хорошо разделены.

Ионизация и диссоциация

При растворении твердого ионного соединения в воде происходит диссоциация, то есть отделение ионов от ионного кристалла. Ионизация, с другой стороны, представляет собой процесс, при котором нейтральная молекула распадается на заряженные ионы при растворении в растворе. Степень ионизации определяется прочностью ионных связей и степенью сольватации ионов. Ниже приведены три наиболее важные современные концепции кислот и оснований.

Концепция Аррениуса

According to the Arrhenius concept, acids are substances that produce H⁺ ions when dissolved in water, whereas bases are substances that produce OH^– ions when dissolved in water. Acid-base reactions, according to Arrhenius, are distinguished by acids dissociating in aqueous solution to form hydrogen ions and bases dissociating in an aqueous solution to form hydroxide ions.

HA →   H⁺ + A^– (Acid)

Ограничения концепции Аррениуса:

1. Кислоты и основания не могут существовать без воды. Сухая HCl не может действовать как кислота. HCl действует как кислота только в воде, а не в каком-либо другом растворителе.
2. Концепция не объясняет, почему вещества в неводных растворителях являются кислотными или основными.
3. Хотя реакции с образованием солей могут протекать в отсутствие растворителя, процесс нейтрализации возможен только для реакций, которые могут протекать в водных растворах.
4. Некоторые соли, такие как AlCl ₃ , имеют кислый характер в водном растворе, который не может быть объяснен.
5. Чтобы определить фундаментальную природу NH ₃ , требуется расширенное, а также искусственное объяснение.

Концепция Бренстеда-Лоури

Bronsted and Lowry offered a broader concept of acids and bases in 1923. According to them, an acid is any hydrogen-containing material (molecule, anion, or cation) that may give a proton to another, whereas a base is any hydrogen-containing material (molecule, anion, or cation) that can absorb a proton from another. As a result, acids are proton donors and bases are proton acceptors.

Сопряженные кислотно-основные пары

Рассмотрим реакцию

H ₂ O + HCl ⇔ H ₃ O ⁺ + Cl ^–

В этой реакции HCl отдает протон воде и, таким образом, является кислотой. Вода же принимает протон от HCl и в результате становится основанием. Ионы H ₃ O ⁺ отдают протон иону Cl ^– в обратной реакции, которая в равновесии протекает с той же скоростью, что и прямая реакция, и, таким образом, ион H ₃ O ⁺ является кислотой. Ион Cl ^– является основанием, потому что он принимает протон от иона H ₃ O ⁺ . Сопряженные кислотно-основные пары представляют собой кислотно-основные пары, в которых участники реакции могут образовываться друг из друга путем приобретения или потери протонов.

Ограничения концепции Bronsted Lowry:

1. Бренстед Лоури не смог объяснить реакцию, происходящую в непротонных растворителях, таких как COCl ₃ и других.
2. Это не может объяснить реакции между кислотными оксидами, такими как и т. д., и основными оксидами, такими как и т. д., которые могут легко происходить, например, в отсутствие растворителя (без переноса протона).
3. Такие вещества, как BF ₃ , AlCl ₃ и другие, не содержат водорода, поэтому не могут отдавать протон, но все равно ведут себя как кислоты.

Концепция Льюиса

Теория кислотно-основных реакций Льюиса утверждает, что основания отдают пары электронов, а кислоты принимают пары электронов. В результате кислота Льюиса является акцептором электронной пары. Преимущество теории Льюиса состоит в том, что она дополняет окислительно-восстановительную модель. Окислительно-восстановительные реакции происходят, когда электроны передаются от одного атома к другому, что приводит к чистому изменению степени окисления одного или нескольких атомов. Теория Льюиса также предполагала, что, когда кислоты реагируют с основаниями, они имеют общую пару электронов, но степени окисления атомов не меняются. Либо электрон переносится от одного атома к другому, либо атомы имеют общую пару электронов.

Al(OH) ₃ + 3H ⁺ → Al ³⁺ + 3H ₂ O (в качестве основания выступает гидроксид алюминия)

Al(OH) ₃ + OH ^– → Al(OH) ₄ ^– (гидроксид алюминия действует как кислота)

Эти реакции хорошо видны: гидроксид алюминия действует как основание, когда принимает протоны. Он действует как кислота, когда принимает электроны. Эта кислотно-основная теория Льюиса также объясняет, почему оксиды неметаллов, такие как углекислый газ, растворяются в воде с образованием кислот, таких как угольная кислота H ₂ CO ₃ .

Ограничения концепции Льюиса

1. Концепция Льюиса дала обобщенную идею, охватывающую все координационные реакции и соединения. Это не всегда так.
2. Концепция Льюиса не дает представления об относительной силе кислот и оснований.
3. Концепция Льюиса противоречит концепции кислотно-щелочной реакции.
4. Концепция Льюиса не рассматривала поведение протонных кислот, таких как HCl.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Что такое соль в кислотно-щелочной и соль?

Отвечать:

A salt is a substance formed by the reaction of an acid and a base in chemistry. Positive ions (cations) of bases and negative ions (anions) of acids make up salts. The neutralisation reaction occurs when acid and base react.

Вопрос 2: Является ли NH ₄ Cl основной солью?

Отвечать:

Because it is a salt of a strong acid (i.e. hydrochloric acid) and a weak base, ammonium chloride (chemical formula NH₄Cl) is an acid salt (i.e. ammonium hydroxide).

Вопрос 3: Какие бывают кислоты?

Отвечать:

There are two main types of acids: organic acids and inorganic acids.

Вопрос 4: Что происходит, когда соль реагирует с HCl?

Отвечать:

The acid is weak hydrochloric acid, and the metal is iron. To generate iron (II) chloride and hydrogen, diluted hydrochloric acid is added to the iron filings. Iron replaces hydrogen from hydrochloric acid in this reaction, resulting in iron chloride and hydrogen. This is a simple displacement reaction in the case of gas.

Вопрос 5: Является ли соль щелочной или кислой?

Отвечать:

Only when a weak acid conjugate base is present in the salt does it become basic. Sodium chloride, for example, contains chloride (Cl^–), the conjugate base of HCl.