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 $H^{+}$ ‍ във воден разтвор.
Основа според теорията на Арениус е всяко съединение, което увеличава концентрацията на ${OH}^{-}$ ‍ във воден разтвор.
Във воден разтвор йоните $H^{+}$ ‍ реагират веднага с водните молекули и образуват хидрониеви йони $H_{3} O^{+}$ ‍.
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

H^{+}

йони (или протони) във воден разтвор. Например нека да разгледаме реакцията на дисоциация на солна киселина (

HCl

) във вода:

H Cl \to H^{+} + {Cl}^{-}

Когато приготвим воден разтвор на хлороводородна киселина,

H Cl

се дисоциира на

H^{+}

{Cl}^{-}

. Тъй като това води до увеличение на концентрацията на

H^{+}

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

HBr

, която е киселина съгласно теорията на Арениус. Означава ли това, че в разтвора има

2 M

от

H^{+}

Всъщност не. На практика положително заредените протони реагират с околните водни молекули и образуват хидрониеви йони (

H_{3} O^{+}

). Тази реакция може да се запише по следния начин:

H^{+} + H_{2} O \to H_{3} O^{+}

Макар че често записваме реакции на киселинна дисоциация, които показват образуването на

H^{+}

, във водните разтвори няма свободни

H^{+}

йони. Вместо това там има предимно

H_{3} O^{+}

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 $H^{+}$ ‍ йони (протони), $H^{+}$ ‍ йоните веднага реагират с водата и образуват $H_{3} O^{+}$ ‍. 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

H^{+}

и концентрацията на

H_{3} O^{+}

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} HBr + H_{2} O & \to H_{3} O^{+} + {Br}^{-} По-точно \\ сравнено с \\ HBr & \to H^{+} + {Br}^{-} 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 (

{OH}^{-}

) във воден разтвор. Пример за основа според теорията на Арениус е силно разтворимият натриев хидроксид (

NaOH

). Натриевият хидроксид се дисоциира във вода по следния начин:

Na OH \to {Na}^{+} + {OH}^{-}

Във вода натриевият хидроксид се разтваря напълно да образуване на

{OH}^{-}

{Na}^{+}

йони, което води до увеличаване на концентрацията на хидроксидни йони. Следователно

NaOH

е основа според теорията на Арениус. Често срещаните основи според теорията на Арениус включват хидроксидите на елементите от първа и втора група като

LiOH

{Ba(OH)}_{2}

[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

{OH}^{-}

във воден разтвор и също така съдържа поне една

{OH}^{-}

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

{CH}_{3} {NH}_{2}

Когато към водата се прибави метиламин, протича следната реакция:

{CH}_{3} {NH}_{2} + H_{2} O ⇌ {CH}_{3} {NH}_{3}^{+} + {OH}^{-}

Според първото определение метиламинът е основа съгласно теорията на Арениус, тъй като концентрацията на

{OH}^{-}

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 (

HF

) и на литиев хидроксид (

LiOH

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

Киселината на Арениус увеличава концентрацията на $H^{+}$ ‍:

H F ⇌ H^{+} + F^{-}

Основата на Арениус увеличава концентрацията на ${OH}^{-}$ ‍:

Li OH \to {Li}^{+} + {OH}^{-}

Когато киселината и основата се смесят в разтвор, от реакцията между водородните и хидроксидните йони се образува

H_{2} O

, а останалите йони образуват сол

LiF

\begin{aligned} H^{+} + {OH}^{-} & \to H_{2} O & Образуване на вода \\ {Li}^{+} + F^{-} & \to LiF & 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:

H F + Li OH \to H_{2} O + LiF

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 $H^{+}$ ‍ във воден разтвор.
Основа според теорията на Арениус е всяко съединение, което увеличава конецентрацията на ${OH}^{+}$ ‍ във воден разтвор.
Във воден разтвор $H^{+}$ ‍ йоните реагират веднага с водните молекули и образуват хидрониеви йони $H_{3} O^{+}$ ‍.
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.