A kémiai reakció definíció szerint új vegyi anyagokat (úgynevezett termékeket) képez a kiindulási vegyi anyagokból (az úgynevezett reaktánsokból). Logikusnak kell lennie, hogy a képződött termékek azonossága attól függ, hogy milyen reagensekkel kezdjük. A sav hozzáadása egy bázishoz egy példa a kémiai reakcióra, ezért új termékekkel kell számolnunk. Bár van egyfajta mintázat az ilyen típusú reakciókra, végül a képződött termékek attól függenek, hogy milyen savat és milyen bázist használnak.
Nem könnyű válasz
Első pillantásra erre a kérdésre egyszerű a válasz. A legtöbb bevezető kémiai könyv azt tanítja, hogy a sav és egy bázis közötti reakciót semlegesítésnek nevezik, és a képződött termékek víz és só. Például, ha sósavat (HCl) és nátrium-hidroxidot (NaOH) keverünk, a képződött termékek víz (H20) és nátrium-klorid (NaCl), amely közismert nevén asztali só.
HCl + NaOH -> H2O + NaCl
A probléma az, hogy valójában nem ilyen egyszerű. A kérdés teljes megválaszolásához sokkal konkrétabbaknak kell lennünk.
Kiindulópont
Kezdjük azzal, hogy összekeverünk egy erős savat egy erős bázissal. Az „erős” szó hozzáadása azt jelenti, hogy ezek a savak és bázisok teljesen disszociálnak (vagy szétesnek), ha vízbe kerülnek. Erős sav alkalmazása kísérletben azt jelenti, hogy a sav már fel van oldva vízben (és ez nagy valószínűséggel igaz a bázisra is). Ha ezután hozzáadjuk a savat az alaphoz, a termékek víz (a már meglévő víz mellett) és só lesz (ami nem feltétlenül „asztali só”).
Például keverje össze a HNO3 (salétromsav) erős savat az erős bázikus KOH-val (kálium-hidroxid).
HNO3 + KOH -> H2O + KNO3
Ebben a példában a KNO3 a só, így a várakozásnak megfelelően víz és só képződik. Ez a reakció vízben megy végbe, így a só valószínűleg nem kötődik össze, hanem ionokként választja el a vízben.
A teljes ionos egyenlet
Valójában a vegyészek azt írják, amit teljes ionegyenletnek neveznek, hogy megmutassák, mely vegyszerek disszociálódnak:
H + (aq) + NO3- (aq) + K + (aq) + OH- (aq) -> H2O (l) + K + (aq) + NO3- (aq)
Ez a hosszú egyenlet azt mutatja, hogy az erős sav és az erős bázis disszociál a vízben („aq” vizes), és víz képződik, így a kálium (K +) és a nitrát (NO3-) ionok víz.
A nettó ionos egyenlet
Ez újabb érdekes kérdéshez vezet: Hogyan képződik egy só? Ebben az esetben nem az. Azok az ionok, amelyek a sót képeznék, vannak, de a jelenlegi formában nem képezték a sót. Tehát a vegyészek megírják a nettó ionegyenletet, hogy megmutassák, mi is történt valójában:
H + (aq) + OH- (aq) -> H2O (l)
Ez azt mondja nekünk, hogy az egyetlen igaz reakció ez a példa a víz képződése. A K + és NO3- ionok nem tettek semmit, ezért kimaradnak a nettó ionegyenletből.
A semlegesítést bonyolítja sztöchiometriával
Mi lenne, ha csak a termékek - só és víz - végére akarna jutni, és biztos akarna lenni abban, hogy minden sav és bázis eltűnt? Ez sztöchiometrikus problémává válik. Anélkül, hogy elegendő mennyiségű bázist adna hozzá, a reakcióból sav marad vissza. A sav nem termék, de összekeveredik a termékekkel. Hasonlóképpen, ha túl kevés savat adunk, maradék mennyiségű bázis keletkezik, amely ismét összekeveredik a termékekkel. Matematikailag kiszámíthatja, hogy mennyi savat kell kevernie egy bizonyos mennyiségű bázissal a teljes semlegesítés elérése érdekében.
Gyenge savak, gyenge bázisok és gázképződés
Mi van, ha a sav vagy a bázis (vagy mindkettő) nem „erős”? Sok gyenge sav és bázis létezik, ami azt jelenti, hogy vízben keverve nagyon keveset disszociálnak. Egyszerűen megfogalmazva a semlegesítés még mindig zajlik (víz és só képződése), de ha túlmutatunk ezen az egyszerűségen állítás szerint azt találjuk, hogy a teljes ionos és nettó ionos egyenletek nagyon különböznek az erõs sav / erõs bázistól reakció.
Van még egy komplikáció: Mi van, ha egy savat összekeverünk valami NaHCO3-val? Vegyük figyelembe azt a jól ismert reakciót, amely akkor fordul elő, amikor a szódabikarbónát (NaHCO3) savas ecettel keverjük össze. Gáz képződik. A semlegesítés megtörténik, de a termékek már nem csak víz és só.
Nézze meg például a sósavat és a szódabikarbónát:
HCl + NaHCO3 -> NaCl + H2O + CO2
A termékek nemcsak só (NaCl) és víz (H2O), hanem gáz (CO2) is.
Következtetés
Nincs egyszerű megoldás arra a problémára, hogy milyen termékeket kap az ember, ha egy savat egy bázissal keverünk. A bázissal való keverés és sav végeredménye attól függ, hogy mely savat és bázist használjuk, valamint hogy mennyi savat és bázist használ. A sav és a bázis erőssége vagy gyengesége szintén befolyásolja a reakció termékeit. Ezek a reakciók általában só és víz, néha gáz képződéséhez vezetnek.
