Основно съдържание

Химична библиотека

Курс: Химична библиотека > Раздел 13

Урок 1: Киселини, основи и pH

Киселини и основи според теорията на Арениус

Класна стая на Google

Определение на Арениус за киселини и основи и киселинно-основни реакции

Основни идеи

Киселина според теорията на Арениус е всяко съединение, което увеличава концентрацията на start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript във воден разтвор.
Основа според теорията на Арениус е всяко съединение, което увеличава концентрацията на start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript във воден разтвор.
Във воден разтвор йоните start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript реагират веднага с водните молекули и образуват хидрониеви йони start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript.
В реакция между киселина и основа (реакция на неутрализация) киселина и основа по Арениус реагират, за да образуват вода и сол.

Въведение

От оцета в кухнята до сапуна в банята киселините и основите са навсякъде! Но какво означава да кажем, че нещо е киселинно или основно? За да отговорим на този въпрос, трябва да проучим някои от теориите, описващи киселините и основите. В тази статия ще се фокусираме върху теорията на Арениус.

Киселини според теорията на Арениус

Теорията на Арениус за киселини и основи е създадена от шведския химик Сванте Арениус през 1884 г. Той предложил класифициране на определени съединения като киселини или основи въз основа на това какви видове йони се образуват, когато съединението се постави във вода.

Киселина според теорията на Арениус е всяко съединение, което увеличава концентрацията на start color #1fab54, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #1fab54 йони (или протони) във воден разтвор. Например нека да разгледаме реакцията на дисоциация на солна киселина (start text, H, C, l, end text) във вода:

start color #1fab54, start text, H, end text, end color #1fab54, start text, C, l, end text, right arrow, start color #1fab54, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #1fab54, plus, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript

Когато приготвим воден разтвор на хлороводородна киселина, start color #1fab54, start text, H, end text, end color #1fab54, start text, C, l, end text се дисоциира на start color #1fab54, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #1fab54 и start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript. Тъй като това води до увеличение на концентрацията на start color #1fab54, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #1fab54 в разтвора, хлороводородната киселина е киселина съгласно теорията на Арениус.

Водородни или хидрониеви йони?

Да кажем, че сме приготвили 2, M воден разтвор на бромоводородна киселина start text, H, B, r, end text, която е киселина съгласно теорията на Арениус. Означава ли това, че в разтвора има 2, M от start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript?

Всъщност не. На практика положително заредените протони реагират с околните водни молекули и образуват хидрониеви йони (start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript). Тази реакция може да се запише по следния начин:

start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, right arrow, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript

Макар че често записваме реакции на киселинна дисоциация, които показват образуването на start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, във водните разтвори няма свободни start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript йони. Вместо това там има предимно start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript йони, които се образуват веднага щом киселината се дисоциира във водата. Следната картинка илюстрира образуването на хидрониеви йони от вода и водородни йони с помощта на молекулярни модели:

Когато една киселина се дисоциира във вода до образуване на start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript йони (протони), start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript йоните веднага реагират с водата и образуват start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript. Ето защо за химиците концентрацията на водородните и на хидрониевите йони са взаимозаменяеми. Източник на изображението: UC Davis Chemwiki, CC BY-NC-SA 3,0 US

В практиката повечето химици възприемат концентрацията на start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript и концентрацията на start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript като едно и също нещо. Когато искаме да бъдем по-точни (и не толкова мързеливи!), можем да разпишем дисоциацията на бромоводородната киселина, за да покажем изрично образуването на хидрониеви йони вместо на протони:

\begin{aligned}\text{HBr}+\text{H}_2\text{O} &\rightarrow\text{H}_3\text{O}^++\text{Br}^-~~~~~~~~{\text{По-точно}}\\ \\ &\text{сравнено с} \\ \\ \text{HBr} &\rightarrow\text{H}^++\text{Br}^-~~~~\text{По-кратко и по-лесно за записване!}\end{aligned}

По принцип всяко описание е приемливо за показване на дисоциацията на киселина съгласно теорията на Арениус.

Основи според теорията на Арениус

По определение основа според теорията на Арениус се дефинира като всяко съединение, което увеличава концентрацията на хидроксидни йони (start color #e84d39, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #e84d39) във воден разтвор. Пример за основа според теорията на Арениус е силно разтворимият натриев хидроксид (start text, N, a, O, H, end text). Натриевият хидроксид се дисоциира във вода по следния начин:

start text, N, a, end text, start color #e84d39, start text, O, H, end text, end color #e84d39, right arrow, start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, plus, start color #e84d39, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #e84d39

Във вода натриевият хидроксид се разтваря напълно да образуване на start color #e84d39, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #e84d39 и start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript йони, което води до увеличаване на концентрацията на хидроксидни йони. Следователно start text, N, a, O, H, end text е основа според теорията на Арениус. Често срещаните основи според теорията на Арениус включват хидроксидите на елементите от първа и втора група като start text, L, i, O, H, end text и start text, B, a, left parenthesis, O, H, right parenthesis, end text, start subscript, 2, end subscript.

[Почакай, а не са ли повечето метални хидроксиди неразтворими?]

Имай предвид, че в зависимост от това в кой клас си, от учебника или от учителя ти, основите, които не съдържат хидроксид, може да се класифицират като основи на Арениус, или да не се класифицират като такива. Някои учебници дефинират основите съгласно теорията на Арениус по-тясно: вещество, което повишава концентрацията на start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript във воден разтвор и също така съдържа поне една start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript група в химичната си формула. Макар да не променя класификацията на хидроксидите на елементите от първа и втора група на периодичната система, това определение може да е малко объркващо при съединения като метиламина start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, N, H, end text, start subscript, 2, end subscript.

Когато към водата се прибави метиламин, протича следната реакция:

start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, N, H, end text, start subscript, 2, end subscript, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, \rightleftharpoons, start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, plus, end superscript, plus, start color #e84d39, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #e84d39

Според първото определение метиламинът е основа съгласно теорията на Арениус, тъй като концентрацията на start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript йони в разтвора се увеличава. Според второто определение, обаче, това не се смята като основа съгласно теорията на Арениус, тъй като химичната формула не включва хидроксид.

Киселинно-основни реакции: киселина на Арениус + основа на Арениус = вода + сол

Когато киселина на Арениус реагира с основа на Арениус, обикновено се получават вода и сол. Тези реакции понякога се наричат процес на неутрализация. Какво се случва, например, когато смесим водни разтвори на флуороводородна киселина (start text, H, F, end text) и на литиев хидроксид (start text, L, i, O, H, end text)?

Ако разгледаме поотделно разтвора на киселината и разтвора на основата, знаем следното:

Киселината на Арениус увеличава концентрацията на start color #1fab54, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #1fab54:

start color #1fab54, start text, H, end text, end color #1fab54, start text, F, end text, \rightleftharpoons, start color #1fab54, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #1fab54, plus, start text, F, end text, start superscript, minus, end superscript

Основата на Арениус увеличава концентрацията на start color #e84d39, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #e84d39:

start text, L, i, end text, start color #e84d39, start text, O, H, end text, end color #e84d39, right arrow, start text, L, i, end text, start superscript, plus, end superscript, plus, start color #e84d39, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #e84d39

Когато киселината и основата се смесят в разтвор, от реакцията между водородните и хидроксидните йони се образува start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, а останалите йони образуват сол start text, L, i, F, end text:

\begin{aligned} \greenD{\text H^+}+\redD{\text{OH}^-} &\rightarrow \text{H}_2 \text O\quad&&\text{Образуване на вода} \\\\ \text{Li}^++\text{F}^- &\rightarrow\text{LiF}&&\text{Образуване на сол} \end{aligned}

Ако обединим реакциите на образуване на вода и на сол, получаваме нашата цялостна неутрализационна реакция между флуороводородната киселина и литиевия хидроксид:

start color #1fab54, start text, H, end text, end color #1fab54, start text, F, end text, plus, start text, L, i, end text, start color #e84d39, start text, O, H, end text, end color #e84d39, right arrow, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, plus, start text, L, i, F, end text

Ограничения на дефиницията на Арениус

Теорията на Арениус е ограничена от това, че описва само взаимодействието между киселини и основи във водни разтвори. Но подобни реакции може да протекат и в неводни разтвори, както и между молекули в газова фаза. Ето защо химиците днес обикновено предпочитат теорията на Брьонстед-Лаури, която е приложима за по-широк кръг химически реакции. Теорията на Брьонстед-Лаури за киселини и основи ще разгледаме в отделна статия!

Резюме

Киселина според теорията на Арениус е всяко съединение, което увеличава конецентрацията на start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript във воден разтвор.
Основа според теорията на Арениус е всяко съединение, което увеличава конецентрацията на start text, O, H, end text, start superscript, plus, end superscript във воден разтвор.
Във воден разтвор start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript йоните реагират веднага с водните молекули и образуват хидрониеви йони start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript.
В реакция между киселина и основа (реакция на неутрализация) една основа съгласно теорията на Арениус обикновено реагира до получаване на вода и сол.

[Източници и препратки]

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.