Химическая реакция по определению формирует новые химические вещества (называемые продуктами) из исходных химикатов (называемых реагентами). Должно быть понятно, что идентичность образующихся продуктов зависит от того, с каких реагентов мы начинаем. Добавление кислоты к основанию - это пример химической реакции, поэтому нам следует ожидать появления новых продуктов. Хотя этот тип реакции имеет определенную закономерность, в конечном итоге образующиеся продукты зависят от того, какая кислота и какое основание используются.
Непростой ответ
На первый взгляд, на этот вопрос есть простой ответ. Большинство вводных книг по химии учат, что реакция между кислотой и основанием называется нейтрализацией, а образующимися продуктами являются вода и соль. Например, если вы смешиваете соляную кислоту (HCl) с гидроксидом натрия (NaOH), образуются вода (H 2 O) и хлорид натрия (NaCl), известный как поваренная соль.
HCl + NaOH -> H2O + NaCl
Проблема в том, что все не так просто. Чтобы полностью ответить на этот вопрос, нам нужно будет более конкретным.
Отправная точка
Начнем с смешивания сильной кислоты с сильным основанием. Добавление слова «сильный» означает, что эти кислоты и основания полностью диссоциируют (или распадаются) при попадании в воду. Использование сильной кислоты в эксперименте означает, что кислота уже растворена в воде (и это, скорее всего, верно и для основания). Если вы затем добавите кислоту к основанию, продуктами будут вода (в дополнение к уже существующей воде) и соль (которая не обязательно является «поваренной солью»).
Например, смешайте сильную кислоту HNO3 (азотную кислоту) с сильным основанием KOH (гидроксид калия).
HNO3 + KOH -> H2O + KNO3
В этом примере KNO3 представляет собой соль, поэтому вода и соль образуются, как и ожидалось. Эта реакция происходит в воде, поэтому, скорее всего, соль не связана вместе, а вместо этого разделяется в виде ионов в воде.
Полное ионное уравнение
На самом деле химики пишут так называемое полное ионное уравнение, чтобы показать, какие химические вещества диссоциируют:
H + (водн.) + NO3- (водн.) + K + (водн.) + OH- (водн.) -> H2O (l) + K + (водн.) + NO3- (водн.)
Это длинное уравнение показывает, что сильная кислота и сильное основание диссоциируют в воде («водн.» обозначает водный), и вода образуется, оставляя ионы калия (K +) и нитрата (NO3-) все еще в вода.
Чистое ионное уравнение
Это приводит к другому интересному вопросу: как образуется соль? В данном случае это не так. Ионы, которые могли бы образовать соль, есть, но в нынешней форме они не образовали соль. Итак, химики пишут то, что называется чистым ионным уравнением, чтобы показать, что произошло на самом деле:
H + (водн.) + OH- (водн.) -> H2O (l)
Это говорит нам о том, что единственной верной реакцией в этом примере является образование воды. Ионы K + и NO3- ничего не сделали, поэтому они исключены из общего ионного уравнения.
Усложнение нейтрализации стехиометрией
Что, если вы хотите получить только продукты - соль и воду - и хотите убедиться, что все кислоты и основания исчезли? Это становится стехиометрической проблемой. Без добавления достаточного количества основания в результате реакции останется кислота. Кислота не является продуктом, но она смешивается с продуктами. Точно так же добавление слишком небольшого количества кислоты приведет к остаточному количеству основания, которое снова будет смешано с продуктами. Математически вы можете рассчитать, сколько кислоты вам следует смешать с определенным количеством основания, чтобы добиться полной нейтрализации.
Слабые кислоты, слабые основания и газообразование
Что делать, если кислота или основание (или оба) не «сильные»? Существует много слабых кислот и оснований, а это означает, что они очень мало диссоциируют при смешивании с водой. Проще говоря, нейтрализация все еще имеет место (образование воды и соли), но если мы выйдем за рамки этого простого Утверждение, мы обнаруживаем, что полные ионные и чистые ионные уравнения сильно отличаются от сильной кислоты / сильного основания реакция.
Есть еще одна сложность: что, если кислоту смешать с чем-то вроде NaHCO3? Рассмотрим хорошо известную реакцию, которая происходит, когда вы смешиваете пищевую соду (NaHCO3) с кислым уксусом. Образуется газ. Происходит нейтрализация, но продукты перестают быть только водой и солью.
Посмотрите на соляную кислоту и пищевую соду, например:
HCl + NaHCO3 -> NaCl + H2O + CO2
Эти продукты представляют собой не только соль (NaCl) и воду (H2O), но и газ (CO2).
Заключение
Нет простого решения вопроса о том, какие продукты получаются при смешивании кислоты с основанием. Конечный результат смешивания кислоты с основанием зависит от того, какая кислота и основание используются, а также от того, сколько кислоты и основания вы используете. Сила или слабость кислоты и основания также влияет на продукты реакции. Обычно эти реакции приводят к образованию соли плюс вода, а иногда и газа.