אילו מוצרים משיגים כשמערבבים חומצה ועם בסיס?

תגובה כימית מעצם הגדרתה יוצרת כימיקלים חדשים (המכונים המוצרים) מהכימיקלים הראשוניים (המכונים המגיבים). זה צריך להיות הגיוני שזהות המוצרים שנוצרו תלויה באילו מגיבים אנו מתחילים. הוספת חומצה לבסיס היא דוגמה לתגובה כימית, ולכן עלינו לצפות לראות מוצרים חדשים. למרות שיש דפוס לסוג זה של תגובה, בסופו של דבר המוצרים שנוצרו תלויים באיזו חומצה ובאיזה בסיס משתמשים.

במבט ראשון, לשאלה זו יש תשובה פשוטה. מרבית ספרי הכימיה המקדימים ילמדו כי התגובה בין חומצה לבסיס נקראת ניטרול, והמוצרים שנוצרו הם מים ומלח. לדוגמא, אם מערבבים חומצה הידרוכלורית (HCl) עם נתרן הידרוקסיד (NaOH), המוצרים שנוצרו הם מים (H20) ונתרן כלורי (NaCl), הידוע בכינויו מלח שולחן.

HCl + NaOH -> H2O + NaCl

הבעיה היא שזה לא באמת כל כך פשוט. כדי לענות לחלוטין על שאלה זו, נצטרך להיות הרבה יותר ספציפיים.

נתחיל בערבוב של חומצה חזקה עם בסיס חזק. הוספת המילה "חזקה" פירושה שחומצות ובסיסים אלה מתנתקים לחלוטין (או מתפרקים) כאשר מכניסים אותם למים. השימוש בחומצה חזקה בניסוי פירושו שהחומצה כבר מומסת במים (וזה נכון ככל הנראה גם לבסיס). אם לאחר מכן תוסיפו את החומצה לבסיס, התוצרים יהיו מים (בנוסף למים שכבר יש) ומלח (שאינו בהכרח "מלח שולחן").

לדוגמא, מערבבים את החומצה החזקה HNO3 (חומצה חנקתית) עם הבסיס החזק KOH (אשלגן הידרוקסיד).

HNO3 + KOH -> H2O + KNO3

בדוגמה זו, KNO3 הוא המלח, ולכן נוצרים מים ומלח כצפוי. תגובה זו מתרחשת במים, ולכן סביר להניח שהמלח אינו נקשר יחד, אלא מופרד כיונים במים.

למעשה, כימאים כותבים מה שמכונה משוואה יונית שלמה כדי להראות אילו כימיקלים מתנתקים:

H + (aq) + NO3- (aq) + K + (aq) + OH- (aq) -> H2O (l) + K + (aq) + NO3- (aq)

משוואה ארוכה זו מראה כי החומצה החזקה והבסיס החזק מתנתקים במים ("אק") מייצג מימי), ונוצרים מים, ומשאירים יונים של אשלגן (K +) וחנקתי (NO3-) עדיין מים.

זה מוביל לשאלה מעניינת נוספת: כיצד נוצר מלח? במקרה זה, זה לא. היונים שיצרו את המלח נמצאים שם, אך בצורה הנוכחית הם לא יצרו את המלח. אז כימאים כותבים את מה שמכונה משוואת היונים נטו כדי להראות מה באמת קרה:

H + (aq) + OH- (aq) -> H2O (l)

זה אומר לנו שהתגובה האמיתית היחידה היא דוגמה זו היא היווצרות מים. היונים K + ו- NO3- לא עשו כלום, ולכן הם נותרים מחוץ למשוואה היונית נטו.

מה אם אתה רוצה בסופו של דבר עם המוצרים בלבד - מלח ומים - ותרצה להיות בטוח שכל החומצה והבסיס נעלמו? זה הופך לבעיה סטואיכיומטרית. מבלי להוסיף מספיק בסיס, תישאר חומצה מהתגובה. החומצה אינה מוצר, אך היא מעורבבת עם המוצרים. כמו כן, הוספת מעט מדי חומצה, תביא לכמות שנותרה של בסיס, ששוב תערבב עם המוצרים. מתמטית, אתה יכול לחשב כמה חומצה אתה צריך לערבב עם כמות מסוימת של בסיס כדי להשיג נטרול מוחלט.

מה אם החומצה או הבסיס (או שניהם) אינם "חזקים"? יש הרבה חומצות ובסיסים חלשים, מה שאומר שהם מתנתקים מעט מאוד כשמערבבים אותם במים. במילים פשוטות, נטרול עדיין מתרחש (יוצרים מים ומלח), אך אם נעבור מעבר לכך פשוט הצהרה, אנו מוצאים כי משוואות היונים השלמות והרשתות שונות מאוד מחומצה חזקה / בסיס חזק תְגוּבָה.

יש סיבוך נוסף: מה אם חומצה מעורבבת עם משהו כמו NaHCO3? שקול את התגובה הידועה המתרחשת כאשר אתה מערבב סודה לשתיה (NaHCO3) עם חומץ חומצי. נוצר גז. ניטרול מתרחש, אך המוצרים כבר אינם רק מים ומלח.

תסתכל על חומצה הידרוכלורית וסודה לשתיה, למשל:

HCl + NaHCO3 -> NaCl + H2O + CO2

המוצרים אינם רק מלח (NaCl) ומים (H2O), אלא גם גז (CO2).

אין פיתרון פשוט לבעיה אילו מוצרים משיגים כשמערבבים חומצה עם בסיס. התוצאה הסופית של ערבוב וחומצה עם בסיס תלויה באיזו חומצה ובסיס משתמשים ובכמה חומצה ובסיס אתה משתמש. כוחה או חולשתם של החומצה והבסיס משפיעים גם על תוצרי התגובה. באופן כללי, תגובות אלה מובילות להיווצרות מלח בתוספת מים ולעיתים גז.