Хімічна реакція за визначенням утворює нові хімічні речовини (які називаються продуктами) із вихідних хімічних речовин (так звані реактиви). Слід мати сенс, що ідентичність утворених продуктів залежить від того, з яких реагентів ми починаємо. Додавання кислоти до основи є прикладом хімічної реакції, тому слід очікувати побачення нових продуктів. Хоча існує така закономірність такого типу реакції, зрештою утворені продукти залежать від того, яка кислота та яка основа використовуються.
Непроста відповідь
На перший погляд, це питання має просту відповідь. Більшість вступних підручників з хімії вчать, що реакція між кислотою та основою називається нейтралізацією, а утвореними продуктами є вода та сіль. Наприклад, якщо змішати соляну кислоту (HCl) з гідроксидом натрію (NaOH), то утворюються продукти - вода (H20) та хлорид натрію (NaCl), який добре відомий як кухонна сіль.
HCl + NaOH -> H2O + NaCl
Проблема в тому, що це насправді не так просто. Щоб повністю відповісти на це питання, нам доведеться бути набагато конкретнішим.
Початкова точка
Почнемо зі змішування сильної кислоти з сильною основою. Додавання слова “сильний” означає, що ці кислоти та основи повністю дисоціюють (або розпадаються), потрапляючи у воду. Використання сильної кислоти в експерименті означає, що кислота вже розчинена у воді (і це, швидше за все, справедливо і для основи). Якщо потім додати кислоту до основи, то продуктами будуть вода (на додаток до води, яка вже є) і сіль (що не обов’язково “кухонна сіль”).
Наприклад, змішайте сильну кислоту HNO3 (азотну кислоту) з сильною основою KOH (гідроксид калію).
HNO3 + KOH -> H2O + KNO3
У цьому прикладі KNO3 є сіллю, тому вода і сіль утворюються, як очікувалося. Ця реакція відбувається у воді, тому, швидше за все, сіль не зв’язана між собою, а натомість відокремлюється у вигляді іонів у воді.
Повне іонне рівняння
Власне, хіміки пишуть так зване повне іонне рівняння, щоб показати, які хімічні речовини дисоціюють:
H + (aq) + NO3- (aq) + K + (aq) + OH- (aq) -> H2O (l) + K + (aq) + NO3- (aq)
Це довге рівняння показує, що сильна кислота та сильна основа дисоціюють у воді (“aq” означає водний), і вода утворюється, залишаючи іони калію (K +) та нітратів (NO3-) все ще в води.
Чисте йонне рівняння
Це приводить до іншого цікавого питання: Як утворюється сіль? У цьому випадку це не так. Іони, що утворюють сіль, є, але в теперішній формі вони не утворили сіль. Отже, хіміки пишуть так зване рівняння чистого іона, щоб показати, що насправді сталося:
H + (aq) + OH- (aq) -> H2O (l)
Це говорить нам, що єдиною справжньою реакцією є цей приклад - утворення води. Іони K + та NO3- нічого не зробили, тому вони залишаються поза чистим іонним рівнянням.
Ускладнення нейтралізації за допомогою стехіометрії
Що робити, якщо ви хочете отримати лише продукти - сіль і воду - і хочете бути впевненими, що вся кислота і основа зникла? Це стає стехіометричною задачею. Без додавання достатньої кількості основи залишиться кислота, що залишилася від реакції. Кислота не є продуктом, але вона змішується з продуктами. Так само, додавання занадто мало кислоти, призведе до залишку кількості основи, яка знову буде змішана з продуктами. Математично ви можете підрахувати, скільки кислоти слід змішати з певною кількістю основи, щоб досягти повної нейтралізації.
Слабкі кислоти, слабкі основи та газоутворення
Що робити, якщо кислота або основа (або обидва) не є “сильними”? Є багато слабких кислот і основ, що означає, що вони дуже мало дисоціюють при змішуванні у воді. Простіше кажучи, нейтралізація все ще має місце (утворення води та солі), але якщо вийти за рамки цього простого твердження, ми знаходимо, що повні іонні та чисті іонні рівняння сильно відрізняються від сильної кислоти / сильної основи реакція.
Є ще одне ускладнення: Що робити, якщо кислота змішується з чимось на зразок NaHCO3? Розглянемо добре відому реакцію, яка відбувається при змішуванні харчової соди (NaHCO3) з кислим оцтом. Утворюється газ. Нейтралізація відбувається, але продукти - це вже не лише вода і сіль.
Подивіться на соляну кислоту та харчову соду, наприклад:
HCl + NaHCO3 -> NaCl + H2O + CO2
Продукти - це не тільки сіль (NaCl) і вода (H2O), а й газ (CO2).
Висновок
Не існує простого рішення проблеми, які продукти отримує людина, змішуючи кислоту з основою. Кінцевий результат змішування та кислоти з основою залежить від того, яка кислота та основа використовуються, і від того, скільки кислоти та основи ви використовуєте. Сила або слабкість кислоти та основи також впливає на продукти реакції. Загалом ці реакції призводять до утворення солі плюс води, а іноді і газу.