Если вы когда-либо смешивали уксус (который содержит уксусную кислоту) и бикарбонат натрия, который является основанием, вы уже видели кислотно-щелочную реакцию или реакцию нейтрализации. Так же, как уксус и пищевая сода, когда серная кислота смешивается с основанием, они нейтрализуют друг друга. Такая реакция называется реакцией нейтрализации.
Характеристики
Химики определяют кислоты и основания тремя разными способами, но это наиболее полезное повседневное определение. описывает кислоту как вещество, которое хочет отдавать ионы водорода, в то время как основание хочет собирать их вверх. Сильные кислоты лучше отдают ионы водорода, а серная кислота определенно является сильной кислотой, поэтому, когда она находится в вода, она почти полностью депротонирована - практически все молекулы серной кислоты потеряли свой водород. ионы. Эти пожертвованные ионы водорода принимаются молекулами воды, которые становятся ионами гидроксония. Формула иона гидроксония - H3O +.
Реакция
Когда к серной кислоте добавляют основание или щелочной раствор, кислота и основание реагируют, нейтрализуя друг друга. Основные частицы отбирают ионы водорода у молекул воды, поэтому они имеют высокую концентрацию гидроксид-ионов. Ионы гидроксида и гидроксония вступают в реакцию с образованием молекул воды, оставляя соль (продукт кислотно-щелочной реакции). Поскольку серная кислота - сильная кислота, может произойти одно из двух. Если основание представляет собой сильное основание, такое как гидроксид калия, полученная соль (например, сульфат калия) не будет нейтральной, другими словами, ни кислотой, ни основанием. Однако, если основание представляет собой слабое основание, такое как аммиак, полученная соль будет кислой солью, которая действует как слабая кислота (например, сульфат аммония). Важно отметить, что, поскольку у него есть два иона водорода, которые он может отдать, одна молекула серной кислоты может нейтрализовать две молекулы основания, такого как гидроксид натрия.
Серная кислота и пищевая сода
Поскольку пищевая сода часто используется для нейтрализации разливов кислоты из аккумуляторной батареи в автомобилях или разливов кислоты в лабораториях, реакция серной кислоты с пищевой содой является типичным примером, который имеет небольшой поворот. Когда бикарбонат пищевой соды контактирует с раствором серной кислоты, он принимает ионы водорода, превращаясь в угольную кислоту. Угольная кислота может разлагаться с образованием воды и углекислого газа; однако по мере реакции серной кислоты и пищевой соды концентрация угольной кислоты быстро накапливается, что способствует образованию диоксида углерода. Когда углекислый газ выходит из раствора, образуется бурлящая масса пузырьков. Эта реакция является простой иллюстрацией принципа Ле Шателье: когда изменения концентрации нарушают динамическое равновесие, система реагирует таким образом, чтобы восстановить равновесие.
Другие примеры
Реакция между серной кислотой и карбонатом кальция до некоторой степени похожа на реакцию с пищевой содой - углекислый газ выходит из пузырей, а остающаяся соль - это кальций. сульфат. При взаимодействии серной кислоты с гидроксидом натрия с сильным основанием образуется сульфат натрия, а при взаимодействии серной кислоты с оксидом меди - сульфат меди (II) синего цвета. Серная кислота - настолько сильная кислота, что ее можно использовать для прикрепления иона водорода к азотной кислоте, образуя ион нитрония. Эта реакция используется при производстве одного из самых известных в мире взрывчатых веществ - 2,4,6-тринитротолуола или тротила.