Reakcja chemiczna z definicji tworzy nowe substancje chemiczne (nazywane produktami) z początkowych substancji chemicznych (zwanych reagentami). Powinno mieć sens, że tożsamość powstających produktów zależy od tego, od jakich reagentów zaczynamy. Dodanie kwasu do zasady jest przykładem reakcji chemicznej, więc powinniśmy spodziewać się nowych produktów. Chociaż istnieje pewien wzór tego typu reakcji, ostatecznie powstające produkty zależą od użytego kwasu i zasady.
Niełatwa odpowiedź
Na pierwszy rzut oka odpowiedź na to pytanie jest prosta. Większość książek wprowadzających do chemii będzie nauczać, że reakcja między kwasem a zasadą nazywa się neutralizacją, a powstałymi produktami są woda i sól. Na przykład, jeśli zmieszasz kwas solny (HCl) z wodorotlenkiem sodu (NaOH), powstającymi produktami są woda (H20) i chlorek sodu (NaCl), który jest dobrze znany jako sól kuchenna.
HCl + NaOH --> H2O + NaCl
Problem polega na tym, że tak naprawdę nie jest to takie proste. Aby w pełni odpowiedzieć na to pytanie, będziemy musieli być dużo bardziej konkretni.
Punkt wyjścia
Zacznijmy od zmieszania mocnego kwasu z mocną zasadą. Dodanie słowa „mocne” oznacza, że te kwasy i zasady całkowicie dysocjują (lub rozpadają się) po włożeniu do wody. Użycie mocnego kwasu w eksperymencie oznacza, że kwas jest już rozpuszczony w wodzie (i najprawdopodobniej dotyczy to również zasady). Jeśli następnie dodasz kwas do bazy, produktami będzie woda (oprócz wody, która już tam jest) i sól (która niekoniecznie jest „sól kuchenna”).
Na przykład zmieszaj mocny kwas HNO3 (kwas azotowy) z mocną zasadą KOH (wodorotlenek potasu).
HNO3 + KOH --> H2O + KNO3
W tym przykładzie KNO3 jest solą, więc woda i sól powstają zgodnie z oczekiwaniami. Ta reakcja zachodzi w wodzie, więc najprawdopodobniej sól nie wiąże się ze sobą, ale zamiast tego jest oddzielana jako jony w wodzie.
Pełne równanie jonowe
W rzeczywistości chemicy piszą tak zwane kompletne równanie jonowe, aby pokazać, które chemikalia są zdysocjowane:
H+ (aq) + NO3- (aq) + K+ (aq) + OH- (aq) --> H2O (l) + K+ (aq) + NO3- (aq)
To długie równanie pokazuje, że mocny kwas i mocna zasada są zdysocjowane w wodzie („aq” oznacza wodny) i tworzy się woda, pozostawiając jony potasu (K+) i azotanowe (NO3-) nadal w woda.
Równanie jonowe netto
Prowadzi to do kolejnego interesującego pytania: Jak powstaje sól? W tym przypadku tak nie jest. Są tam jony, które utworzyłyby sól, ale w obecnej postaci nie utworzyły soli. Tak więc chemicy piszą tak zwane równanie jonowe sieci, aby pokazać, co naprawdę się wydarzyło:
H+ (wodny) + OH- (wodny) --> H2O (l)
To mówi nam, że jedyną prawdziwą reakcją na tym przykładzie jest tworzenie się wody. Jony K+ i NO3- nic nie zrobiły, więc są pomijane w równaniu jonowym netto.
Komplikowanie neutralizacji za pomocą stechiometrii
Co by było, gdybyś chciał skończyć z samymi produktami – solą i wodą – i chciał mieć pewność, że zniknął cały kwas i zasada? Staje się to problemem stechiometrycznym. Bez dodania wystarczającej ilości zasady, po reakcji pozostanie kwas. Kwas nie jest produktem, ale miesza się z produktami. Podobnie dodanie zbyt małej ilości kwasu skutkowałoby pozostałością zasady, która ponownie zostałaby zmieszana z produktami. Matematycznie możesz obliczyć, ile kwasu należy zmieszać z określoną ilością zasady, aby uzyskać całkowitą neutralizację.
Słabe kwasy, słabe zasady i tworzenie się gazów
Co jeśli kwas lub zasada (lub obie) nie są „silne”? Istnieje wiele słabych kwasów i zasad, co oznacza, że bardzo mało dysocjują po zmieszaniu z wodą. Mówiąc najprościej, neutralizacja nadal ma miejsce (powstawanie wody i soli), ale jeśli wyjdziemy poza to proste stwierdzenie, stwierdzamy, że kompletne równania jonowe i jonowe netto bardzo różnią się od mocnego kwasu/silnej zasady reakcja.
Jest jeszcze jedna komplikacja: co jeśli kwas zostanie zmieszany z czymś takim jak NaHCO3? Rozważ dobrze znaną reakcję zachodzącą, gdy mieszasz sodę oczyszczoną (NaHCO3) z kwaśnym octem. Powstaje gaz. Następuje neutralizacja, ale produkty to już nie tylko woda i sól.
Spójrz na kwas solny i sodę oczyszczoną, na przykład:
HCl + NaHCO3 --> NaCl + H2O + CO2
Produkty to nie tylko sól (NaCl) i woda (H2O), ale także gaz (CO2).
Wniosek
Nie ma prostego rozwiązania problemu, jakie produkty otrzymuje się podczas mieszania kwasu z zasadą. Końcowy wynik mieszania i kwasu z zasadą zależy od tego, jaki kwas i zasada są używane oraz od tego, ile kwasu i zasady użyjesz. Siła lub słabość kwasu i zasady również wpływa na produkty reakcji. Na ogół reakcje te prowadzą do powstania soli i wody, a czasem gazu.