ได้ผลิตภัณฑ์อะไรบ้างเมื่อผสมกรดกับเบส?

ปฏิกิริยาเคมีตามคำจำกัดความก่อให้เกิดสารเคมีใหม่ (เรียกว่าผลิตภัณฑ์) จากสารเคมีตั้งต้น (เรียกว่าสารตั้งต้น) ควรทำให้รู้สึกว่าเอกลักษณ์ของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับว่าเราเริ่มต้นด้วยสารตั้งต้นอะไร การเติมกรดลงในเบสเป็นตัวอย่างของปฏิกิริยาเคมี เราจึงควรคาดหวังว่าจะได้เห็นผลิตภัณฑ์ใหม่ แม้ว่าจะมีรูปแบบของปฏิกิริยาประเภทนี้ แต่ในที่สุดผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นก็ขึ้นอยู่กับกรดและเบสที่ใช้

เมื่อมองแวบแรก คำถามนี้มีคำตอบง่ายๆ หนังสือเคมีเบื้องต้นส่วนใหญ่จะสอนว่าปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบสเรียกว่าการวางตัวเป็นกลาง และผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นคือน้ำและเกลือ ตัวอย่างเช่น หากคุณผสมกรดไฮโดรคลอริก (HCl) กับโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ผลิตภัณฑ์ที่ก่อตัวขึ้นจะเป็นน้ำ (H20) และโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในชื่อเกลือแกง

HCl + NaOH --> H2O + NaCl

ปัญหาคือมันไม่ง่ายอย่างนั้นจริงๆ เพื่อตอบคำถามนี้ให้สมบูรณ์ เราจะต้องเจาะจงมากขึ้น

เริ่มต้นด้วยการผสมกรดแก่กับเบสแก่ การเพิ่มคำว่า "แรง" หมายความว่ากรดและเบสเหล่านี้แยกตัวออกจากกันอย่างสมบูรณ์ (หรือแยกออกจากกัน) เมื่อใส่ลงไปในน้ำ การใช้กรดแก่ในการทดลองหมายความว่ากรดนั้นละลายในน้ำแล้ว (และเป็นไปได้มากว่าจะเป็นจริงสำหรับเบสด้วย) หากคุณเติมกรดลงในเบส ผลิตภัณฑ์จะเป็นน้ำ (นอกเหนือจากน้ำที่มีอยู่แล้ว) และเกลือ (ซึ่งไม่จำเป็นต้องเป็น "เกลือแกง")

ตัวอย่างเช่น ผสมกรดแก่ HNO3 (กรดไนตริก) กับ KOH เบสแก่ (โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์)

HNO3 + เกาะ --> H2O + KNO3

ในตัวอย่างนี้ KNO3 คือเกลือ ดังนั้นน้ำและเกลือจึงเกิดขึ้นตามที่คาดไว้ ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในน้ำ เป็นไปได้มากว่าเกลือจะไม่ถูกเชื่อมติดกัน แต่จะแยกออกเป็นไอออนในน้ำแทน

ที่จริงแล้ว นักเคมีเขียนสิ่งที่เรียกว่าสมการไอออนิกที่สมบูรณ์เพื่อแสดงว่าสารเคมีใดแยกตัวออกจากกัน:

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

สมการแบบยาวนี้แสดงให้เห็นว่ากรดแก่และเบสแก่แยกตัวออกจากน้ำ (“aq” หมายถึง น้ำ) และเกิดน้ำ โดยปล่อยให้โพแทสเซียม (K+) และไนเตรต (NO3-) ไอออนยังคงอยู่ใน น้ำ.

สิ่งนี้นำไปสู่คำถามที่น่าสนใจอีกข้อหนึ่ง: เกลือเกิดขึ้นได้อย่างไร? ในกรณีนี้ มันไม่ใช่ ไอออนที่จะก่อตัวเป็นเกลืออยู่ที่นั่น แต่ในรูปแบบปัจจุบัน พวกมันไม่ได้ก่อตัวเป็นเกลือ ดังนั้น นักเคมีจึงเขียนสิ่งที่เรียกว่าสมการไอออนิกสุทธิเพื่อแสดงสิ่งที่เกิดขึ้นจริง:

H+ (aq) + OH- (aq) -> H2O (ล.)

สิ่งนี้บอกเราว่าปฏิกิริยาที่แท้จริงเพียงอย่างเดียวคือตัวอย่างนี้คือการก่อตัวของน้ำ ไอออน K+ และ NO3- ไม่ได้ทำอะไรเลย พวกมันจึงถูกละทิ้งจากสมการไอออนิกสุทธิ

เกิดอะไรขึ้นถ้าคุณต้องการลงเอยด้วยผลิตภัณฑ์เท่านั้น - เกลือและน้ำ - และต้องการให้แน่ใจว่ากรดและเบสทั้งหมดหายไป นี่กลายเป็นปัญหาปริมาณสัมพันธ์ หากไม่เติมเบสเพียงพอ กรดจะเหลือจากปฏิกิริยา กรดไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ แต่ผสมกับผลิตภัณฑ์ ในทำนองเดียวกันการเติมกรดน้อยเกินไปจะส่งผลให้มีปริมาณเบสเหลืออยู่ซึ่งจะถูกผสมกับผลิตภัณฑ์อีกครั้ง ในทางคณิตศาสตร์ คุณสามารถคำนวณว่าคุณควรผสมกรดกับเบสจำนวนเท่าใดเพื่อให้เป็นกลางอย่างสมบูรณ์

เกิดอะไรขึ้นถ้ากรดหรือเบส (หรือทั้งสองอย่าง) ไม่ "แรง"? มีกรดและเบสอ่อนจำนวนมาก ซึ่งหมายความว่าจะแยกตัวออกน้อยมากเมื่อผสมในน้ำ กล่าวอย่างง่าย ๆ การวางตัวเป็นกลางยังคงเกิดขึ้น (ก่อตัวเป็นน้ำและเกลือ) แต่ถ้าเราไปไกลกว่านั้น เราพบว่าสมการไอออนิกและไอออนสุทธิที่สมบูรณ์นั้นแตกต่างจากกรดแก่/เบสแก่มาก ปฏิกิริยา.

มีภาวะแทรกซ้อนอีกอย่างหนึ่ง: จะเกิดอะไรขึ้นถ้ากรดผสมกับบางอย่างเช่น NaHCO3? พิจารณาปฏิกิริยาที่เป็นที่รู้จักเมื่อคุณผสมเบกกิ้งโซดา (NaHCO3) กับน้ำส้มสายชูที่เป็นกรด เกิดก๊าซขึ้น การวางตัวเป็นกลางเกิดขึ้น แต่ผลิตภัณฑ์ไม่ได้เป็นเพียงน้ำและเกลืออีกต่อไป

ดูกรดไฮโดรคลอริกและเบกกิ้งโซดา ตัวอย่างเช่น

HCl + NaHCO3 --> NaCl + H2O + CO2

ผลิตภัณฑ์ไม่ได้เป็นเพียงเกลือ (NaCl) และน้ำ (H2O) แต่ยังเป็นก๊าซ (CO2) ด้วย

ไม่มีวิธีแก้ไขปัญหาง่ายๆ เกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ที่เราจะได้รับเมื่อผสมกรดกับเบส ผลลัพธ์สุดท้ายของการผสมและกรดกับเบสขึ้นอยู่กับกรดและเบสที่ใช้ และปริมาณกรดและเบสที่คุณใช้ ความแรงหรือจุดอ่อนของกรดและเบสยังส่งผลต่อผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาด้วย โดยทั่วไป ปฏิกิริยาเหล่านี้นำไปสู่การก่อตัวของเกลือและน้ำ และบางครั้งก็เป็นก๊าซ