Кислотно-основные растворы: определение, кислотно-основная теория, свойства и типы

Кислотно-основные растворы: определение, кислотно-основная теория, свойства и типы – Кислотные и щелочные растворы — это две группы химических соединений, которые широко распространены и используются в быту. Поэтому это важная тема в изучении химии, особенно для тех, кто в ней не разбирается. Ознакомьтесь с дальнейшим обсуждением ниже.

Кислотно-основные растворы: определение, кислотно-основная теория, свойства и типы

---

Кислые и основные растворы – это растворы со степенью кислотности или щелочности вещества в зависимости от количество ионов Н+ (кислоты) и ОН- (основания), присутствующих в веществе, а также степень ионизации вещества. Уровень кислотности и щелочности выражается pH.Это понимание кислотных и щелочных растворов очень необходимо, поскольку фундамент знаний для понимания очередного материала по химии, а именно расчет уровня кислотности или щелочности чего-либо вещество.

Кислотно-основная теория

Кислоты и основания (щелочи) известны давно и мы часто сталкиваемся с ними в быту. Например, винная кислота в винограде, лимонная кислота в апельсинах, уксусная кислота в уксусе, серная кислота в аккумуляторной воде и другие различные вещества. Между тем мы находим щелочные вещества в известковой воде, мыле, лекарствах от язвы и различных других веществах. Можно выделить несколько кислотно-щелочных теорий, в том числе следующие:

Кислотно-основная теория Стефанте Аррениуса

Стеванте Аррениус выдвинул кислотно-щелочную теорию, согласно которой:

кислота – это вещество, которое при растворении в воде образует ионы Н+, причем эти ионы Н+ будут единственными положительными ионами в растворе. Между тем, основание — это вещество, которое при растворении в воде будет ионизироваться с образованием ионов ОН-, и эти ионы ОН- будут единственными отрицательными ионами в растворе.

Кислотно-основная теория Бронстеда Лоури

Дж.Н. Бронстед и Т.Н. Лоури выдвинул другую теорию о кислотах и ​​основаниях. Согласно этой теории кислоты являются донорами протонов, а основания — акцепторами протонов. Исходя из этого определения, кислота будет образовывать сопряжение после высвобождения протона, а основание также образует сопряжение после принятия протона. Таким образом, в этой теории сопряженных кислот и оснований известен термин «пары кислот и оснований» или «сопряженные кислоты и основания».

Зная кислотно-основную теорию Бронстеда-Лоури, мы можем определить, что вещество, содержащее водород, входит в группу кислых или основных веществ. Как насчет соединений/веществ, которые являются апротонными (не содержат H), как вы определяете их кислотные или основные свойства?

Кислотно-основная теория Льюиса

Химик Г. Н. Льюис также выдвинул теорию кислот и оснований. Согласно этой теории, основание — это вещество, имеющее одну или несколько неподеленных пар электронов, которые могут быть переданы другому веществу. таким образом образуя координационную ковалентную связь, в то время как кислота - это вещество, которое может принимать неподеленные пары электронов. в.

Вещество, являющееся основанием в соответствии с кислотно-основной теорией Льюиса, также является основанием в соответствии с теорией Бронстеда-Лоури.

Свойства и типы растворов кислот и оснований

Свойства кислотных растворов

В мире химии кислота — это химическое соединение, которое при растворении в воде образует раствор с рН ниже 7. Кислоты также можно интерпретировать как вещества, которые могут отдавать протоны (ионы Н+) другим веществам (которые называются основаниями) или могут принимать неподеленные пары электронов от основания.

Примеры кислот в повседневной жизни включают уксус, содержащий уксусную кислоту, апельсины, содержащие лимонную кислоту, и вино. содержит винную кислоту, яблоки содержат яблочную кислоту, витамин С содержит аскорбиновую кислоту, а глазные капли содержат кислоту борат.

Свойства кислых растворов, в том числе а именно:

• Имеет кислый вкус
• Может сделать синий лакмус красным
• Может проводить электричество (сильная кислота)
• При растворении в воде выделяет ионы водорода (H+)
• Разъедает металл
• Может нейтрализовать щелочь

Тип кислотного раствора

Есть два типа кислых растворов, а именно сильные кислоты и слабые кислоты. Наличие ржавчины на железе является одним из признаков, указывающих на то, что кислота вызывает коррозию металла.

Если кислота растворяется таким образом, что высвобождаются почти все ионы Н+, ее называют сильной кислотой. Если высвобождается лишь небольшая часть ионов Н+, кислота называется слабой кислотой. Сильные кислоты могут проводить электричество, в то время как слабые кислоты практически не проводят электричество.

Примеры веществ, которые классифицируются как сильные кислоты, включают: желудочную кислоту (соляная кислота = HCl), серную кислоту (H2SO4), сульфитную кислоту (H2SO3), бромистую кислоту (HBr), азотную кислоту (HNO3) и азотную кислоту (HNO2).

Примеры веществ, в состав которых входят слабые кислоты, включают: угольную кислоту (H2CO3), уксусную кислоту (CH3COOH), сульфидную кислоту (H2S), цианидную кислоту (HCN) и фосфорную кислоту (H3PO4).

Свойства щелочных растворов

Основания – это химические соединения, поглощающие ионы гидроксония при растворении в воде. Основания имеют pH больше 7. При растворении в воде распадается на гидроксильные ионы (ОН–) и положительные ионы металлов (но не всегда). Следовательно, основание может проводить электрический ток.

Примеры оснований, которые часто встречаются в быту, включают лекарства от язвы, содержащие гидроксид магния (Mg(OH)2) и гидроксид алюминия (Al(OH)3); гель для душа, содержащий гидроксид натрия (NaOH); детское мыло для купания, содержащее гидроксид калия (КОН); дезодоранты содержат гидроксид алюминия (Al(OH)3), а средства для мытья полов содержат гидроксид аммония (NH4OH).

К свойствам оснований относятся:

• На ощупь кажется скользким при контакте с кожей (не тестировать на коже, опасно)
• Может превратить красный лакмус в синий
• Может проводить электричество (сильное основание)
• При растворении в воде выделяет гидроксильные ионы (ОН-)
• Может нейтрализовать кислоты

Типы щелочных растворов

Если при растворении основания выделяются почти все ионы (ОН–), то основание называется сильным основанием. Примеры сильных оснований, таких как гидроксид натрия (NaOH), гидроксид кальция (KOH), гидроксид бария (Ba(OH)2).

Однако если высвобождается лишь небольшая часть ОН-, то основание называется слабым основанием. Примеры слабых оснований включают гидроксид аммония (NH4(OH)) и гидроксид алюминия (Al(OH)3).

---

Сила кислот и оснований

Сила кислот и оснований определяется степенью ионизации (α), количеством выделяемых ионов Н+ и ОН–. Кислоты и основания в воде будут подвергаться реакциям разложения на ионы, которые являются равновесными реакциями. Следовательно, сила кислот и оснований может быть выражена их константами равновесия, а именно константой ионизации кислотой (Ka) и константой ионизации основанием (Kb).

Например, в воде HCl практически полностью диссоциирует на ионы H+ и Cl–, тогда как HF лишь частично распадается на ионы H+ и ионы F–. Поэтому HCl называют сильной кислотой, а HF — слабой кислотой. Аналогично, в воде NaOH почти полностью разлагается на ионы Na+ и ионы OH–, а NH3 лишь частично разлагается на ионы NH4+ и ионы OH–. NaOH называют сильным основанием, а NH3 называют слабым основанием.

Константа кислотной ионизации (Ка)

В общем случае равновесную реакцию для раствора ГК в воде можно записать следующим образом.

НА(вод) ⇌ Н+(вод) + А-(вод)

Константу кислотной ионизации Ка можно сформулировать следующим образом.

K_a = \frac{[H^+][A^-]}{[HA]}
сильные кислоты (пример: HCl, HBr, HI, HNO3, HClO4, H2SO4)
В воде почти все сильные кислоты распадаются на свои ионы, поэтому степень ионизации α ≈ 1. Таким образом, значение Ka сильной кислоты очень велико. При очень больших значениях Ка можно предположить, что кислота полностью диссоциирует на свои ионы и концентрация ионов H+ может быть рассчитана по концентрации кислоты ([HA]равновесная ≈ [HA]исходная = Ma) и валентности кислый. Валентность кислоты – это количество ионов Н+, образующихся на одну молекулу кислоты.

[H^+] = valency_a \times M_a
слабые кислоты (пример: HF, HCN, HNO2, CH3COOH, H2CO3)
В воде только некоторые слабые кислоты распадаются на свои ионы, поэтому степень ионизации 0 < α < 1. Если начальную концентрацию слабокислого раствора ГК выразить в Ма, то:

НА(вод) ⇌ Н+(вод) + А-(вод)

Сначала: мама
Реакция: -αMa + αMa + αMa
Равновесие: (1 − α)Ma αMa αMa

K_a = \ frac {(\ alpha M_a) (\ alpha M_a)}{((1 - \ alpha) M_a)}
K_a = \frac{\alpha^2}{1 - \alpha} M_a
Если значение α очень мало (α ≪ 1), то можно предположить, что значение равно (1 − α) ≈ 1, поэтому уравнение Ка для слабой кислоты можно записать следующим образом:

К_а = \альфа^2 М_а
\ альфа = \ sqrt {\ гидроразрыва {K_a} {M_a}}
Итак, для расчета концентрации ионов H+ можно использовать значение Ka или значение α.

[H^+] = \sqrt{K_a \times M_a} или [H^+] = \alpha \times M_a

Базовая константа ионизации (Кб)

В общем виде равновесную реакцию раствора основания LOH в воде можно записать следующим образом.

LOH (водн.) ⇌ L+ (водн.) + OH- (водн.)

Базовую константу ионизации Kb можно сформулировать следующим образом.

K_b = \frac{[L^+][OH^-]}{[LOH]}
сильные основания (пример: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2)
В воде почти все сильные основания распадаются на свои ионы, поэтому степень ионизации α ≈ 1. Таким образом, значение Kb сильного основания очень велико. При очень больших значениях Kb можно предположить, что основание полностью диссоциирует на свои ионы и Концентрация ионов OH- может быть рассчитана по концентрации основания ([LOH]равновесное ≈ [LOH]исходное = Mb) и валентности база. Основная валентность - это количество ионов ОН-, образующихся на основную формульную единицу.

[OH^-] = valence_b \times M_b
слабое основание (пример: NH3, CH3NH2, C6H5NH2)
В воде только некоторые слабые основания распадаются на свои ионы, поэтому степень ионизации 0 < α < 1. Если начальная концентрация слабоосновного раствора LOH выражена в Mb, то:

LOH (водн.) ⇌ L+ (водн.) + OH- (водн.)

Сначала: Мб
Реакция: -αMb + αMb + αMb
Баланс: (1 − α)Mb αMb αMb

K_a = \frac{(\alpha M_b)(\alpha M_b)}{((1 – \alpha) M_b)}
K_a = \frac{\alpha^2}{1 - \alpha} M_b
Если значение α очень мало (α ≪ 1), то можно предположить, что значение равно (1 − α) ≈ 1, поэтому уравнение Кб для слабого основания можно записать следующим образом:

K_b = \альфа^2 M_b
\ альфа = \ sqrt {\ гидроразрыва {K_b} {M_b}}
Таким образом, для расчета концентрации ионов OH– можно использовать значение Kb или значение α.

[OH^-] = \sqrt{K_b \times M_b} или [OH^-] = \alpha \times M_b

---

pH (градусы кислотности)

Степень или степень кислотности раствора зависит от концентрации ионов Н+ в растворе. Чем выше концентрация ионов Н+, тем более кислым является раствор. В 1909 году Сорен П. Л. Серенсен предложил понятие рН, которое выражает степень кислотности раствора в зависимости от концентрации ионов Н+ в растворе. Функция рН выражается как отрицательный логарифм концентрации ионов Н+ в растворе.

pH = –log[H^+]
Понятие рН позволяет легко выразить концентрацию ионов Н+, и их изменения иногда очень малы. Например, концентрация ионов Н+ в 0,1 М растворе уксусной кислоты составляет около 0,001 М, а концентрация ионов Н+ в дистиллированной воде — около 1 × 10–7 М. Если выразить в pH, то pH 0,1 М раствора уксуса равен 3, а pH дистиллированной воды равен 7.

Из двух примеров видно по концентрации ионов Н+, что 0,1 М раствор уксуса ([Н+] = 0,001 М = 1 × 10–3 М) более кислый, чем дистиллированная вода ([Н+] = 1 × 10 −7 М). Однако рН 0,1 М раствора уксусной кислоты (рН = 3) ниже, чем у дистиллированной воды (рН = 7). Таким образом, чем кислее раствор, тем ниже значение pH. И наоборот, чем щелочнее раствор, тем выше значение pH.

Кислотно-щелочной индикатор

Как было описано во введении в начале обсуждения, в древние времена, до появления кислотно-щелочной теории, люди различали кислоты и основания, пробуя их на вкус.

Но в настоящее время известны различные индикаторы для различения кислот и оснований. Помимо того, что индикаторы являются безопасным и практичным методом, они также могут давать более релевантные результаты.

Лакмусовая бумага

Одним из часто используемых индикаторов является лакмусовая бумага. Лакмусовая бумага бывает двух видов: синяя лакмусовая бумага и красная лакмусовая бумага.

Красная лакмусовая бумага становится синей при воздействии на нее основания, но при воздействии кислоты или нейтрального вещества она не меняет цвет.

Синяя лакмусовая бумага становится красной при воздействии кислот, но при воздействии щелочей или нейтральных веществ не меняет цвет.

Универсальный индикатор

Лакмусовая бумага может сравнивать только вещества, включая кислоту или основание, затем индикаторная бумага снова появляется.

Универсальная индикаторная бумага способна показать уровень кислотности и щелочности вещества.

Сравнивая цвета, полученные для каждого испытуемого вещества со стандартной бумагой по универсальным показателям, мы можем определить уровень кислотности вещества.

Индикатор решения

Примерами индикаторов для этого раствора являются метиловый красный, метиловый оранжевый, бромтимоловый синий и некоторые другие растворы. Этот индикатор работает точно так же, как лакмусовая бумага, этот раствор меняет цвет под воздействием кислот или щелочей.

Таким образом, отзыв от О базе знаний.co.id о Кислотно-щелочной раствор, Надеюсь, это полезно.