Кислотно-основні реакції

Реакції взаємодії кислот з основами є:

  • по теорії Арреніуса – реакціями нейтралізації;
  • по теорії Бренстеда-Лоурі – “боротьбою” за протон.

Розглянемо реакцію взаємодії аміаку з водою:

NH3 + H2О ↔ NH4 ++ OH-

Відповідно до теорії Бренстеда-Лоурі, в прямої реакції (зліва-направо) аміак виступає в ролі підстави (оскільки приймає протон), а вода – в ролі кислоти (оскільки віддає протон). Однак, в зворотної реакції (справа-наліво), все відбувається з точністю до навпаки – іон амонію є кислотою, а гідроксид-іон – підставою.

Оскільки пряма і зворотна реакції протікають одночасно, виникає питання, чого буде більше в разі рівноваги системи? Якщо вода буде сильнішою кислотою, ніж іон амонію, то в такому випадку, при рівновазі кількість іонів амонію і гідроксильних груп в системі буде більше. В іншому ж випадку, якщо в ролі більш сильної кислоти виступить іон амонію, концентрація аміаку буде перевершувати (в разі рівноваги) концентрацію іонів амонію.

Відповідно до теорії Бернстеда-Лоурі, вода вступає в реакцію з основою з метою освіти сполученої кислотно-основної пари, характерною особливістю якої є наявність іона водню H +.

У нашому випадку, для аміаку (підстава) NH3 сполученої кислотою буде NH4 +. Оскільки, в ролі кислоти виступає вода H2О, то зв’язаних підставою буде OH-. У такій реакції в ролі сильного підстави виступатиме гідроксид-іон (аміак буде слабкою основою), з цієї причини рівновагу системи зміститься в ліву її частину, тому, в разі рівноваги системи гідроксид-іонів буде міститися менше.

Нами було розглянуто випадок, коли вода виступала в ролі кислоти. А чи може вода виступати в ролі підстави? Так, звичайно, може, наприклад, в реакції взаємодії з соляною кислотою (соляна кислота, розчиняючись у воді, віддає кожній з двох молекул води по одному своєму протону):

HCl + H2O → Cl- + H3O +
Таким чином, взаємодіючи з кислотою вода поводиться, як підставу, а при взаємодії з основою – як кислота.

Речовини, які здатні виявляти, як основні, так і кислотні властивості (в залежності від умов), називаються амфотерними.

Більш того, дві молекули води можуть вступати в реакцію один з одним, коли одна з молекул буде віддавати протон, а інша – його отримувати (рівноважна реакція):

H2O + H2O ↔ H3O ++ OH-
Дана реакція буде характеризуватися константою дисоціації води (Kw):

Kw = [H3O +] [OH -] = 1,0 · 10-14
Для збалансованого рівняння для чистої води буде справедливо рівність:

[H3O +] = [OH -] = 1,0 · 10-7
Використання Kw дозволяє з [H +] знаходити [OH-] не тільки для чистої води, а для будь-яких водних розчинів, в яких концентрації гідроксид-іонів і іонів гідроксонію різні, проте, знаючи одну з концентрацій, застосувавши константу дисоціації води, можна обчислити концентрацію іншої складової.

Повертаючись до задачі, рішення якої розглянуто на сторінці “Слабкі кислоти і підстави”, можна обчислити значення [OH-].

Kw = [H3O +] [OH -] = 1,0 · 10-14
[0,4 · 10-3] [OH -] = 1,0 · 10-14
[OH -] = 1,0 · 10-14 / 0,4 · 10-3
[OH -] = 2,5 · 10-11

...
ПОДІЛИТИСЯ: