Cheminė reakcija pagal apibrėžimą formuoja naujas chemines medžiagas (vadinamus produktais) iš pradinių chemikalų (vadinamų reagentais). Turėtų būti prasminga, kad susidariusių produktų tapatumas priklauso nuo to, su kokiais reagentais mes pradedame. Rūgšties pridėjimas prie pagrindo yra cheminės reakcijos pavyzdys, todėl turėtume tikėtis pamatyti naujų produktų. Nors yra tokio tipo reakcijos modelis, galiausiai susidarę produktai priklauso nuo to, kokia rūgštis ir kokia bazė yra naudojama.
Nelengvas atsakymas
Iš pirmo žvilgsnio šis klausimas turi paprastą atsakymą. Daugumoje įvadinių chemijos knygų bus mokoma, kad reakcija tarp rūgšties ir bazės vadinama neutralizacija, o susidarę produktai yra vanduo ir druska. Pavyzdžiui, jei sumaišysite druskos rūgštį (HCl) su natrio hidroksidu (NaOH), susidarys produktai yra vanduo (H20) ir natrio chloridas (NaCl), kuris yra gerai žinomas kaip valgomoji druska.
HCl + NaOH -> H2O + NaCl
Problema ta, kad tai nėra taip paprasta. Norėdami visiškai atsakyti į šį klausimą, turėsime būti daug konkretesni.
Pradinis taškas
Pradėkime nuo stiprios rūgšties ir stiprios bazės sumaišymo. Pridėjus žodį „stiprus“, tai reiškia, kad šios rūgštys ir bazės visiškai išsiskiria (arba skyla), kai įleidžiamos į vandenį. Stiprios rūgšties naudojimas eksperimente reiškia, kad rūgštis jau yra ištirpusi vandenyje (ir tai greičiausiai pasakytina apie bazę). Jei po to į pagrindą įpilsite rūgšties, produktai bus vanduo (be jau esančio vandens) ir druska (kuri nebūtinai yra „stalo druska“).
Pavyzdžiui, sumaišykite stiprią rūgštį HNO3 (azoto rūgštį) su stipria baze KOH (kalio hidroksidu).
HNO3 + KOH -> H2O + KNO3
Šiame pavyzdyje KNO3 yra druska, todėl vanduo ir druska susidaro, kaip tikėtasi. Ši reakcija vyksta vandenyje, todėl greičiausiai druska nėra sujungta, o vandenyje ji atskiriama kaip jonai.
Pilna joninė lygtis
Tiesą sakant, chemikai parašo vadinamąją pilną joninę lygtį, kad parodytų, kurios cheminės medžiagos yra disocijuotos:
H + (aq) + NO3- (aq) + K + (aq) + OH- (aq) -> H2O (l) + K + (aq) + NO3- (aq)
Ši ilga lygtis rodo, kad stipri rūgštis ir stipri bazė vandenyje išsiskiria („aq“ reiškia vandenį), ir susidaro vanduo, kalio (K +) ir nitrato (NO3-) jonai vandens.
Grynoji jonų lygtis
Dėl to kyla dar vienas įdomus klausimas: kaip susidaro druska? Šiuo atveju taip nėra. Jonų, kurie sudarytų druską, yra, tačiau dabartine forma jie druskos nesudarė. Taigi chemikai parašo vadinamąją grynąją joninę lygtį, kad parodytų, kas iš tikrųjų įvyko:
H + (aq) + OH- (aq) -> H2O (l)
Tai mums sako, kad vienintelė tikroji reakcija yra šis pavyzdys - vandens susidarymas. Jonai K + ir NO3- nieko nepadarė, todėl jie paliekami iš grynosios jonų lygties.
Komplikuojantis neutralizavimą stechiometrija
Ką daryti, jei norėtumėte gauti tik produktus - druską ir vandenį - ir norite būti tikri, kad visos rūgšties ir bazės nebėra? Tai tampa stechiometrine problema. Nepridėjus pakankamai bazės, reakcijoje liks rūgšties. Rūgštis nėra produktas, tačiau ji maišoma su produktais. Panašiai pridėjus per mažai rūgšties, liktų likęs bazės kiekis, kuris vėl būtų sumaišytas su produktais. Matematiškai galite apskaičiuoti, kiek rūgšties turėtumėte sumaišyti su tam tikru bazės kiekiu, kad būtų visiškai neutralizuota.
Silpnos rūgštys, silpnos bazės ir dujų susidarymas
Ką daryti, jei rūgštis ar bazė (arba abi) nėra „stiprios“? Yra daug silpnų rūgščių ir bazių, o tai reiškia, kad jie labai mažai disocijuojasi, sumaišyti su vandeniu. Paprasčiau tariant, vis tiek vyksta neutralizavimas (susidaro vanduo ir druska), bet jei peržengsime tai, kas paprasta teiginį, mes nustatome, kad visos joninės ir grynosios jonų lygtys labai skiriasi nuo stiprios rūgšties / stiprios bazės reakcija.
Yra dar viena komplikacija: Ką daryti, jei rūgštis sumaišoma su panašiu į NaHCO3? Apsvarstykite gerai žinomą reakciją, įvykusią maišant soda (NaHCO3) su rūgštiniu actu. Susidaro dujos. Vyksta neutralizavimas, tačiau produktai nebėra tik vanduo ir druska.
Pažvelkite į druskos rūgštį ir soda, pavyzdžiui:
HCl + NaHCO3 -> NaCl + H2O + CO2
Produktai yra ne tik druska (NaCl) ir vanduo (H2O), bet ir dujos (CO2).
Išvada
Nėra paprasto problemos, kokių produktų gaunama maišant rūgštį su baze, sprendimo. Galutinis maišymo ir rūgšties su baze rezultatas priklauso nuo to, kuri rūgštis ir bazė yra naudojama, ir nuo to, kiek rūgšties ir bazės naudojate. Rūgšties ir bazės stiprumas ar silpnumas taip pat veikia reakcijos produktus. Apskritai dėl šių reakcijų susidaro druska ir vanduo, o kartais ir dujos.