Welke producten krijg je bij het mengen van een zuur en met een base?

Een chemische reactie vormt per definitie nieuwe chemicaliën (de producten genoemd) uit de oorspronkelijke chemicaliën (de reactanten genoemd). Het zou logisch moeten zijn dat de identiteit van de gevormde producten afhangt van de reactanten waarmee we beginnen. Het toevoegen van een zuur aan een base is een voorbeeld van een chemische reactie, dus we mogen nieuwe producten verwachten. Hoewel er een patroon is voor dit type reactie, hangen de gevormde producten uiteindelijk af van welk zuur en welke base wordt gebruikt.

Op het eerste gezicht heeft deze vraag een eenvoudig antwoord. De meeste inleidende scheikundeboeken zullen leren dat de reactie tussen een zuur en een base neutralisatie wordt genoemd, en dat de gevormde producten water en een zout zijn. Als je bijvoorbeeld zoutzuur (HCl) mengt met natriumhydroxide (NaOH), dan ontstaan ​​de producten water (H20) en natriumchloride (NaCl), ook wel keukenzout genoemd.

HCl + NaOH --> H2O + NaCl

Het probleem is dat het niet zo eenvoudig is. Om deze vraag volledig te beantwoorden, zullen we een stuk specifieker moeten zijn.

Laten we beginnen met het mengen van een sterk zuur met een sterke base. Door het woord "sterk" toe te voegen, betekent dit dat deze zuren en basen volledig dissociëren (of uiteenvallen) wanneer ze in water worden gedaan. Het gebruik van een sterk zuur in een experiment betekent dat het zuur al in water is opgelost (en dit geldt hoogstwaarschijnlijk ook voor de base). Als je vervolgens het zuur aan de base toevoegt, zijn de producten water (naast het water dat er al is) en een zout (wat niet noodzakelijk "keukenzout" is).

Meng bijvoorbeeld het sterk zuur HNO3 (salpeterzuur) met het sterk base KOH (kaliumhydroxide).

HNO3 + KOH --> H2O + KNO3

In dit voorbeeld is KNO3 het zout, dus water en een zout worden gevormd zoals verwacht. Deze reactie vindt plaats in water, dus hoogstwaarschijnlijk is het zout niet aan elkaar gebonden, maar in plaats daarvan als ionen in het water gescheiden.

In feite schrijven scheikundigen wat een complete ionische vergelijking wordt genoemd om aan te tonen welke chemicaliën zijn gedissocieerd:

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

Deze lange vergelijking laat zien dat het sterke zuur en de sterke base in het water zijn gedissocieerd (“aq” staat voor waterig), en er wordt water gevormd, waardoor kalium (K+) en nitraat (NO3-) ionen nog steeds in de water.

Dit leidt tot een andere interessante vraag: hoe wordt een zout gevormd? In dit geval is dat niet het geval. De ionen die het zout zouden vormen zijn er, maar in de huidige vorm hebben ze het zout niet gevormd. Dus scheikundigen schrijven wat de netto ionische vergelijking wordt genoemd om te laten zien wat er werkelijk is gebeurd:

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

Dit vertelt ons dat de enige echte reactie is dat dit voorbeeld de vorming van water is. De ionen K+ en NO3- hebben niets gedaan, dus worden ze buiten de netto ionische vergelijking gelaten.

Wat als u alleen met de producten wilt eindigen - zout en water - en er zeker van wilt zijn dat al het zuur en de base verdwenen zijn? Dit wordt een stoichiometrisch probleem. Zonder voldoende base toe te voegen, blijft er zuur over van de reactie. Het zuur is geen product, maar wordt vermengd met de producten. Evenzo zou het toevoegen van te weinig zuur resulteren in een resterende hoeveelheid base, die weer zou worden gemengd met de producten. Wiskundig kun je berekenen hoeveel zuur je moet mengen met een bepaalde hoeveelheid base om volledige neutralisatie te bereiken.

Wat als het zuur of de base (of beide) niet "sterk" is? Er zijn veel zwakke zuren en basen, wat betekent dat ze zeer weinig dissociëren wanneer ze in water worden gemengd. Simpel gezegd, neutralisatie vindt nog steeds plaats (vormen van water en een zout), maar als we verder gaan dan dat eenvoudig verklaring, vinden we dat de volledige ionische en netto ionische vergelijkingen heel anders zijn dan een sterk zuur/sterke base reactie.

Er is nog een complicatie: wat als een zuur wordt gemengd met zoiets als NaHCO3? Denk aan de bekende reactie die plaatsvindt als je zuiveringszout (NaHCO3) mengt met zure azijn. Er ontstaat een gas. Er vindt neutralisatie plaats, maar de producten zijn niet langer alleen water en zout.

Kijk bijvoorbeeld naar zoutzuur en bakpoeder:

HCl + NaHCO3 --> NaCl + H2O + CO2

De producten zijn niet alleen een zout (NaCl) en water (H2O), maar ook een gas (CO2).

Er is geen simpele oplossing voor het probleem welke producten men krijgt bij het mengen van een zuur met een base. Het eindresultaat van mengen en zuur met base hangt af van welk zuur en base je gebruikt en hoeveel zuur en base je gebruikt. De sterkte of zwakte van het zuur en de base heeft ook invloed op de producten van de reactie. In het algemeen leiden deze reacties tot de vorming van een zout plus water en soms een gas.