Χημεία Οξέος Βάσεων

Εισαγωγή στη Χημεία Οξινών Βάσεων

Τα οξέα και οι βάσεις είναι απαραίτητα για πολλές διεργασίες όπως:διατήρηση της ομοιόστασης στο σώμα, διατήρηση της ανάπτυξης των φυτών και διατήρηση της υδρόβιας ζωής. Χρησιμοποιούνται επίσης σε προϊόντα που βρίσκονται στο σπίτι. Τα οξέα και οι βάσεις βρίσκονται σε προϊόντα οικιακής χρήσης και τρόφιμα. Το υδροξείδιο του νατρίου, μια ισχυρή βάση, χρησιμοποιείται σε οικιακά καθαριστικά και σαπούνια. Η μαγειρική σόδα, μια βασική ένωση, βοηθά τα αρτοσκευάσματα να φουσκώσουν. Το κιτρικό οξύ δίνει στα λεμόνια την ξινή τους γεύση. Το ξύδι περιέχει οξικό οξύ, ένα κοινό οξύ που έχει πολλές χρήσεις, όπως καθαρισμό και συντήρηση τροφίμων, περιέχει οξικό οξύ. Η χημεία οξέων βάσεων είναι παντού.

Η χημεία της όξινης βάσης ελέγχει τις θεμελιώδεις βιολογικές διεργασίες στα ζωντανά όντα. Έλεγχοι οξύτητας Η παραγωγή του ATP, του ενεργειακού νομίσματος του κυττάρου. Τα χημικά εργαστήρια χρησιμοποιούν χημεία οξέος-βάσης. Οι τιτλοδοτήσεις είναι μια κοινή αντίδραση οξέος-βάσης. Καθορίζουν τη συγκέντρωση μιας ένωσης.

Ιστορικό Οξέων και Βάσεων

Ο Laurent Lavoisier εισήγαγε την πρώτη θεωρία των οξέων και των βάσεων. Η θεωρία του επηρέασε καταλυτικά την εξερεύνηση οξέων και βάσεων. Η πρώτη θεωρία που αντανακλά τις ιδιότητες των οξέων και των βάσεων ήταν ο Svante August Arrhenius. Ο ορισμός του Arrhenius δηλώνει ότι τα οξέα παράγουν ιόντα Η+ στο νερό και οι βάσεις παράγουν ιόντα ΟΗ- στο νερό. Υπάρχουν κάποιες εξαιρέσεις σε αυτή τη θεωρία. Για παράδειγμα, η αμμωνία μπορεί να λειτουργήσει ως βάση, αλλά δεν παράγει ιόντα ΟΗ- όταν διαλύεται στο νερό.

Μαζί με τον Svante August Arrhenius, οι Bronsted και Lowry ανέπτυξαν μια θεωρία που δηλώνει ότι τα οξέα είναι δότες πρωτονίων και οι βάσεις είναι δέκτες πρωτονίων. Αυτή η θεωρία επέκτεινε τον ορισμό ενός οξέος ή μιας βάσης επειδή το νερό δεν χρειάζεται πάντα να είναι ο χρησιμοποιούμενος διαλύτης. Ο Gilbert N. Lewis υπέθεσε ότι τα οξέα είναι δέκτες ηλεκτρονίων και οι βάσεις είναι δότες ηλεκτρονίων. Η θεωρία του Lewis διεύρυνε τον ορισμό των οξέων και των βάσεων ακόμη περισσότερο, συμπεριλαμβάνοντας την ανταλλαγή ηλεκτρονίων.

Ιόντα σε διαλύματα οξέος/βάσης

Τα υδατικά διαλύματα αποτελούνται γενικά από κάποιο συνδυασμό νερού, οξέων, βάσεων και αλάτων. Αυτές οι ενώσεις μπορεί να είναι μερικώς ή πλήρως ιονισμένες – πράγμα που σημαίνει ότι η ένωση διαχωρίζεται στα ιόντα της.

Για παράδειγμα, στο καθαρό νερό, ένα μικρό ποσοστό των μορίων του νερού ιονίζεται σε H₃ Ιόντα Ο (ιόντα υδρονίου) και OH (υδροξείδιο).

Θα χρησιμοποιήσουμε το H ως συντομογραφία για το H₃ Τα ιόντα O, παρόλο που τεχνικά τα ιόντα Η δεν υπάρχουν από μόνα τους.

Τα ιόντα υδρονίου και υδροξειδίου έχουν σχέση αγάπης-μίσους μεταξύ τους σε υδατικά διαλύματα. Όσο περισσότερα ιόντα Η υπάρχουν, τόσο λιγότερα ιόντα ΟΗ υπάρχουν και αντίστροφα.

Τι είναι το pH;

Το pH είναι ένας αριθμός από 0 έως 14 που αντιπροσωπεύει την ισχύ ενός οξέος ή μιας βάσης. Διαβάστε περισσότερα για το pH.

Οξέα

Τι είναι ένα οξύ;

Ένα οξύ είναι ένα μόριο ικανό να δώσει ένα πρωτόνιο ή να σχηματίσει έναν ομοιοπολικό δεσμό με ένα ζεύγος ηλεκτρονίων. Εδώ είναι μερικοί πιο λεπτομερείς ορισμοί ενός οξέος. Σε υδατική μορφή, τα οξέα έχουν πολλές μοναδικές ιδιότητες όπως:

• Ξινή γεύση
• pH χαμηλότερο από 7
• Παράγει ιόντα Η στο νερό
• Αντιδρά με μέταλλα σχηματίζοντας αέριο υδρογόνο
• Κάνει κόκκινο το μπλε χαρτί λακκούβας

Δύναμη οξέος

Τα οξέα έχουν διαφορετικά επίπεδα αντοχής. Η ισχύς του οξέος εξαρτάται από την ικανότητά του να δίνει Η σε μια βάση. Τα ισχυρά οξέα ιονίζονται εξ ολοκλήρου στο νερό, που σημαίνει ότι τα ιόντα διαχωρίζονται εντελώς. Τα ασθενή οξέα διαχωρίζονται μόνο εν μέρει στο νερό. Τα ισχυρά οξέα είναι πολύ διαβρωτικά και επιβλαβή όταν έρχονται σε επαφή με το δέρμα. Τυπικά τα ισχυρά οξέα έχουν pH 0-1 και τα αδύναμα οξέα έχουν pH 2-6. Τα αδύναμα οξέα δεν είναι τόσο διαβρωτικά και βρίσκονται στο σώμα και στα τρόφιμα. Για να μάθετε περισσότερα, διαβάστε τα άρθρα Ισχυρά Οξέα &Βάσεις και Τι είναι το pKa

Παράγοντες που επηρεάζουν την ισχύ του οξέος είναι:

• Ηλεκτραρνητικότητα στοιχείου που συνδέεται με H
• Δύναμη δεσμού

Καθώς αυξάνεται η ηλεκτραρνητικότητα του στοιχείου που συνδέεται με το Η, αυξάνεται η οξύτητα του μορίου. Η οξύτητα αυξάνεται επειδή περισσότερα ηλεκτραρνητικά άτομα τραβούν έντονα τα ηλεκτρόνια προς τον εαυτό τους. Η ισχυρή ηλεκτραρνητικότητα κάνει τον δεσμό να είναι πολικός. Εάν ο δεσμός είναι πολικός, το υδρογόνο είναι πιο πιθανό να διαχωριστεί από το μόριο. Η αντοχή του δεσμού εξαρτάται από το μέγεθος του στοιχείου που συνδέεται με το Η. Όσο μικρότερο είναι το άτομο, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντοχή του δεσμού. Καθώς η ισχύς του δεσμού μεταξύ των ατόμων στο οξύ αυξάνεται, η οξύτητα του μορίου μειώνεται. Για παράδειγμα, το υδροφθορικό οξύ, το HF είναι ένα ασθενές οξύ. Παρόλο που το F είναι το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο, ο δεσμός στο HF είναι ισχυρός επειδή το φθόριο είναι πολύ μικρό. Ο δεσμός μεταξύ υδρογόνου και φθορίου δεν διασπάται εύκολα. Τα υδραλογονικά οξέα της ομάδας 17 αυξάνουν σε ισχύ με την ακόλουθη σειρά:

HF

Σημαντικά ισχυρά και αδύναμα οξέα παρουσιάζονται παρακάτω. Στα κοινά οξέα περιλαμβάνονται το νιτρικό οξύ HNO3, το θειικό οξύ H₂ SO₄ , υδροχλωρικό οξύ HCl και οξικό οξύ C₂ H₃ O₂ H.

Το HCl είναι ισχυρό οξύ ή ασθενές οξύ; Δυνατό

Το HNO3 είναι ισχυρό ή ασθενές οξύ; Δυνατό

Το οξικό οξύ είναι ισχυρό οξύ ή ασθενές οξύ; Αδύναμη

Βάσεις

Μια βάση είναι ένα μόριο που δέχεται πρωτόνια ή δωρίζει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων για έναν ομοιοπολικό δεσμό. Σε υδατική μορφή, οι βάσεις έχουν πολλές μοναδικές ιδιότητες όπως:

• Πικρή γεύση
• pH υψηλότερο από 7
• Παράγει ιόντα ΟΗ στο νερό
• Γλιστράει στην αφή
• Μετατρέπει το κόκκινο χαρτί σε μπλε χρώμα

Οξύ έναντι βάσης

Με απλά λόγια, ένα οξύ παρήγαγε ιόντα υδρογόνου σε ένα διάλυμα και η βάση παράγει ιόντα υδροξειδίου. Μπορείτε να μάθετε περισσότερα σε βάθος σχετικά με τις διαφορές διαβάζοντας για τις θεωρίες όξινων βάσεων.

Ισχύς βάσης

Όπως τα οξέα, οι βάσεις έχουν διαφορετικά επίπεδα αντοχής. Υπάρχουν ισχυρές και αδύναμες βάσεις. Η αντοχή της βάσης εξαρτάται από την ικανότητά της να δέχεται Η από ένα οξύ. Παρόμοια με τα ισχυρά οξέα, οι ισχυρές βάσεις ιονίζονται εξ ολοκλήρου στο νερό, που σημαίνει ότι τα ιόντα διαχωρίζονται τελείως. Οι ισχυρές βάσεις έχουν συνήθως pH 10-14 και οι αδύναμες βάσεις έχουν pH 8-13.

Παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή της βάσης είναι:

• Ηλεκτραρνητικότητα
• Μέγεθος

Καθώς η ηλεκτραρνητικότητα των ατόμων στην ίδια σειρά αυξάνεται στον περιοδικό πίνακα, η βασικότητα μειώνεται. Το άτομο θέλει να κρατήσει τα ηλεκτρόνια του και όχι να τα δωρίσει σε ένα πρωτόνιο. Καθώς το ατομικό μέγεθος των ατόμων αυξάνεται σε μια ομάδα, η πυκνότητα των ηλεκτρονίων μειώνεται, γεγονός που προκαλεί μείωση της βασικότητας. Οι κοινές βάσεις περιλαμβάνουν το υδροξείδιο του νατρίου NaOH, το υδροξείδιο του καλίου ΚΟΗ και την αμμωνία NH₃ .

Εξουδετέρωση οξέος-βάσης

Τα οξέα και οι βάσεις μπορούν να εξουδετερώσουν το ένα το άλλο, το οποίο παράγει αλάτι και νερό. Αυτή η αντίδραση όξινης βάσης παράγει νερό από το συνδυασμό ιόντων Η και ιόντων ΟΗ. Όταν ένα ισχυρό οξύ και μια ισχυρή βάση συνδυάζονται, το pH είναι ίσο με ακριβώς 7. Το pH είναι ίσο με 7 οφείλεται στο ότι το οξύ και η βάση διασπώνται πλήρως. Όταν μια ισχυρή βάση εξουδετερώνεται με ένα ασθενές οξύ, το pH είναι μεγαλύτερο από 7. Αντίθετα, όταν μια αδύναμη βάση εξουδετερώνεται με ένα ισχυρό οξύ, το pH είναι μικρότερο από 7.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• Ηλεκτροχημικά κύτταρα
• Τυπικές μειώσεις
• Μονοπρωτικά, Τριπρωτικά και Πολυπρωτικά Οξέα