Кислоты и основания

Мы объясним, что такое кислоты и основания, их характеристики, показатели и примеры. А также, что такое реакция нейтрализации
Вещества с pH меньше 7 являются кислотами, а вещества с pH больше 7 – основаниями

Что такое кислоты и основания?

Кислота – это такое химическое вещество , которое способно отдавать протонов (H+) другому химическому веществу. Основание – это химическое вещество, способное принимать протоны (H+) от другого химического вещества

Однако существуют две фундаментальные теории, объясняющие, что такое кислоты и основания: теория Аррениуса и теория Бронстеда-Лоури

Согласно теории Аррениуса:

Кислота – это вещество, которое отдает протоны (H+) в водном растворе. То есть, это нейтральное вещество, которое при растворении в воде диссоциирует на свои ионы в соответствии со следующей показательной реакцией

Например: соляная кислота (HCl)

Основание – это вещество, которое отдает ионы OH– в водном растворе. Например: гидроксид натрия (NaOH)

Эта теория имеет свои ограничения, так как согласно ей эти соединения определяются только в водном растворе, но не в других средах. Он также не учитывает такие соединения, как аммиак (NH3), который является основанием, но поскольку в его составе нет OH–, он не соответствует определению основания по Аррениусу

В связи с этим возникла необходимость в новой теории, чтобы лучше объяснить понятия кислоты и основания. Поэтому позже Бронстед и Лоури разработали новую теорию, которая включает принципы Аррениуса, но предназначена не только для водного раствора, и поэтому гораздо шире

Согласно теории Бронстеда-Лоури:

Согласно этой теории, кислота – это химическое вещество, способное отдавать протоны (H+) другому химическому веществу, а основание – это химическое вещество, способное принимать протоны (H+) от другого химического вещества

Согласно этой теории кислотно-основная реакция – это равновесие, которое можно выразить как:

Где HA ведет себя как кислота, так как отдает протон H+, чтобы остаться в виде A–. С другой стороны, B ведет себя как основание, поскольку он принимает протон H+, превращаясь в HB+

Некоторые вещества могут вести себя одновременно как кислоты и основания, поэтому их называют амфотерными. Это зависит от среды, в которой они находятся или с которой они реагируют. Примером такого вещества является вода:

В первом уравнении вода принимает протон H+, ведет себя как основание и становится H3O+. Тогда как в уравнении (2), вода отдает протон H+, ведя себя как кислота и превращаясь в OH–

Как видно из обеих теорий, кислоты и основания имеют различные пропорции ионов водорода (H+). Это определяет их кислотность (в случае кислот) или щелочность или основность (в случае оснований)

HH1VS pH– это величина, используемая для измерения кислотности или щелочности раствора, т.е. она показывает концентрацию ионов водорода, присутствующих в растворе

• Кислоты Вещества с pH от 0 до 6.
• Нейтральный . Вещество с pH 7 (вода).
• Основания / щелочи. Вещества с pH от 8 до 14.

Чем ниже pH вещества, тем выше степень его кислотности. Например, чистый HCl имеет pH, близкий к 0. С другой стороны, чем выше pH вещества, тем более щелочным оно является. Например, каустическая сода имеет pH, равный 14

Характеристика кислот и оснований

И кислоты, и основания могут существовать в виде жидкостей твердых тел или газов. С другой стороны, они могут существовать как чистые или разбавленные вещества, сохраняя многие из своих свойств

(Разница в pH является наиболее заметной особенностью каждого из них). Когда значение pH соединения достигает одного из крайних значений, это означает, что данное соединение крайне опасно для большинства веществ, как органических , так и неорганических

Кислоты и основания имеют разные физические характеристики:

Кислоты

• Имеющие кислый вкус (например, кислые в различных цитрусовых).
• Сильно коррозионные, могут вызвать химические ожоги кожи или поражение дыхательных путей при вдыхании их паров.
• Они являются хорошими проводниками электричества в водных растворах.
• Они реагируют с металлами с образованием солей и водорода.
• Реагирует с оксидами металлов с образованием соли и воды

Базы

• Они имеют характерный горький вкус.
• Они являются хорошими проводниками электричества в водных растворах.
• Они являются раздражителями кожи: растворяют кожное сало и могут разрушать органические вещества своим едким действием. Их дыхание также опасно.
• Они имеют мыльный оттенок.
• Они растворимы в воде.

Кислоты и основания в повседневной жизни

При реакции с металлами аккумуляторная кислота образует соль.

Кислоты и основания присутствуют в нашей повседневной жизни в изобилии. Например, внутри батарей наших электронных устройств часто находится серная кислота. Поэтому, когда они портятся и их содержимое заливается в устройство, они вступают в реакцию с металлом электродов и образуют беловатую соль

Также существуют слабые кислоты, с которыми мы сталкиваемся ежедневно, такие как уксусная кислота (уксус), ацетилсалициловая кислота (аспирин), аскорбиновая кислота (витамин С), угольная кислота (присутствует в газированных безалкогольных напитках), лимонная кислота (присутствует в цитрусовых) или соляная кислота (желудочный сок, выделяемый нашим желудком для растворения пищи)

Что касается оснований, бикарбонат натрия используется в выпечке, в качестве дезодоранта и в различных средствах от изжоги. Другими широко используемыми основаниями являются карбонат натрия (моющее средство), гипохлорит натрия (хлор для очистки), гидроксид магния (слабительное) и гидроксид кальция (строительная известь)

Индикаторы кислот и оснований

Отличить кислотное соединение от основного можно, измерив значение pH. В настоящее время существует множество методов измерения pH вещества

• Использование кислотно-основных индикаторов Индикаторы – это соединения, которые изменяют цвет при изменении pH раствора, в котором они находятся. Например, фенолфталеин – это жидкость, которая становится розовой при добавлении к основанию и бесцветной при добавлении к кислоте. Другой пример – лакмусовая бумага, которую погружают в раствор, и если она становится красной или оранжевой, то это кислотное вещество, а если темного цвета, то это основной раствор.
• Использование потенциометра или pH-метра Существует электронное оборудование, которое непосредственно выдает значение pH раствора.

Реакция нейтрализации

Реакция нейтрализации или (кислотно-основная реакция) – это химическая реакция , которая происходит при смешивании этих двух типов соединений, получая взамен соль и определенное количество воды. Эти реакции обычно экзотермичны (выделяют тепло ) и названы в честь того, что свойства кислоты и основания отменяют друг друга

Чтобы классифицировать реакции нейтрализации, важно знать типы кислот и оснований

• Сильная кислота – это кислота, которая в водном растворе полностью ионизируется, то есть полностью превращается в ионы , составляющие ее молекулу. Например: HCl(ac), HBr(ac), H2SO4(ac).
• Сильная база. Основание, которое в водном растворе полностью ионизируется, т.е. полностью превращается в ионы, составляющие его молекулу. Например: NaOH(ак), LiOH(ак), KOH(ак).
• Слабая кислота. Кислота, которая в водном растворе частично ионизируется, т.е. не полностью превращается в ионы, составляющие ее молекулу. Поэтому концентрация ионов в растворе этого типа кислоты ниже, чем в сильной кислоте. Например: лимонная кислота, угольная кислота (H2CO3).
• Слабое основание Основание, которое в водном растворе частично ионизировано. То есть, он НЕ полностью превращается в ионы, составляющие его молекулу. Поэтому концентрация ионов в растворе этого типа основания ниже, чем в сильном основании. Например: аммиак (NH3), гидроксид аммония (NH4OH).

Реакции нейтрализации могут протекать четырьмя способами, в зависимости от свойств реагирующих веществ:

• Сильная кислота и сильное основание. Более обильный реактив останется в растворе по отношению к другому.pH полученного раствора будет зависеть от того, какой реактив находится в большей пропорции
  
• Слабая кислота и сильное основание приводят к раствору с основным pH, основание остается в растворе.
  
• Сильная кислота и слабое основание. Кислота нейтрализуется, и в растворе остается кислая часть, в зависимости от степени концентрации кислоты.pH полученного раствора является кислым.
  
• Результат будет кислотным или основным в зависимости от концентрации их реактивов.

Примеры кислот и оснований

Кислоты.

• Соляная кислота (HCl).
• Серная кислота (H2SO4).
• Азотная кислота (HNO3).
• Перхлорная кислота (HClO4).
• Муравьиная кислота (CH2O2).
• Бромистоводородная кислота (HBrO3).
• Борная кислота (H3BO3).
• уксусная кислота (C2H4O2).

Базы.

• Каустическая сода (NaOH).
• Гидроксид кальция (Ca(OH)2).
• Аммиак (NH3).
• Бикарбонат натрия (NaHCO3).
• Гидроксид калия (KOH).
• Гипохлорит натрия (NaClO).
• Фторид кальция (CaF2).
• Гидроксид бария (Ba OH 2).
• Гидроксид железа(III) (Fe OH 3).