2.4: Кислоти та основи

Last updated
Save as PDF

Page ID: 67206

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Визначити і диференціювати терміни кислота і основа
Визначте терміни рН, нейтральний, кислий та основний (або лужний)
Визначте термін буфер, і порівняйте реакцію звичайного розчину з буферним розчином на додавання кислоти або основи

Кислота - це речовина або сполука, яка виділяє іони водню (H ⁺) при знаходженні в розчині. У сильній кислоті, такій як соляна кислота (HCl), всі іони водню (H ⁺) та іони хлориду (Cl ^-) дисоціюють (окремо) при розміщенні у воді, і ці іони більше не утримуються іонним зв'язком. У слабкій кислоті, такій як вугільна кислота (H ₂ CO ₃), лише деякі іони дисоціюють на іони водню (H ⁺) та бікарбонатні іони (HCO ₃ ^-), а інші все ще утримуються разом іонним зв'язком.

Основа - це речовина, яка виділяє гідроксильні іони (ОН ^-) при знаходженні в розчині. Вивільнені гідроксильні іони (ОН ^-) будуть поєднуватися з будь-якими іонами водню (H ⁺) у розчині, утворюючи молекули води (OH ^- ^{+ H +} = H ₂ O), тому ми також можемо визначити основу як речовину, яка приймає або приймає іони водню (Н ⁺) вже присутній в розчині.

Гідроксид натрію (NaOH) є сильною основою, оскільки при розміщенні у воді він повністю дисоціюється на іони натрію (Na ⁺) та гідроксильні іони (OH ^-), всі вони зараз виділяються і розчиняються у воді.

Кислоти, основи і солі, дисоціюють (розділяються) на електроліти (іони) при поміщенні в воду. Кислоти дисоціюють на Н ⁺ і аніон, основи дисоціюють на ОН ^- і катіон, а солі дисоціюють на катіон (тобто не Н ⁺) і аніон (тобто не ОН ^-).

Рисунок\(\PageIndex{1}\) (а) У водному (водянистому) розчині кислота дисоціює на іони водню (H ⁺) і аніони. Кожна молекула сильної кислоти дисоціює, виробляючи високу концентрацію Н ⁺. (б) У водному розчині основа дисоціює на гідроксильні іони (ОН ^-) та катіони. Кожна молекула сильної основи дисоціює, виробляючи високу концентрацію ОН ^—.

Коли кислота і основа реагують (комбінують), виділяючи однакові кількості іонів Н ⁺ і ОН ^- іонів, відбувається нейтралізація. Іони Н ⁺ і ОН ^- іони об'єднуються (нейтралізують один одного) для регенерації води.

Перевірка понять, термінів та фактів

Вивчення питання Напишіть свою відповідь у формі речення (не відповідайте, використовуючи вільні слова)

1. Що таке кислота?
2. Що таке база?

pH - одиниця виміру концентрації іонів водню (Н ⁺) і гідроксильних іонів (ОН ^-) у водному (водному) розчині. Чиста вода, як кажуть, нейтральна з рН 7, тому що в рівних концентраціях дуже мало H ⁺ і OH ^- іонів (тільки 1 з 10 000 000 молекул води дисоціюють до Н ⁺ і ОН ^-, що дає рН 7). Додавання рівних кількостей Н ⁺ і ОН ^- до води також буде нейтральним при рН 7, тому що більшість цих іонів об'єднуються з утворенням молекул води, а решта H ⁺ і OH ^- концентрація іонів дорівнює і дуже низька.

Коли концентрація Н ⁺ вище, ніж ОН ^- концентрація, розчин кислий, а pH розчину вказується числом нижче 7. Слина, кава, лимонний сік, томатний сік, а також кислота в акумуляторі все кислі, тому у всіх них концентрація Н ⁺ вище концентрації ОН ^-. Чим більше Н ⁺ в розчині, тим кислотніше і тим нижче його рН (див. Малюнок\(\PageIndex{2}\) нижче).

Коли концентрація Н ⁺ нижче, ніж ОН ^- концентрація, розчин є основним або лужним, а рН розчину вказується числом вище 7. Кров, харчова сода, нашатирний спирт і відбілювачі - все це основні, тому у всіх них концентрація Н ⁺ нижче концентрації ОН ^-.

Малюнок\(\PageIndex{2}\) рН різних розчинів. Чим нижче рН, тим більше іонів
водню (Н ⁺) у розчинів. Чим вище рН, тим менше іонів водню має розчин.

Перевірка понять, термінів та фактів

Вивчення питання Напишіть свою відповідь у формі речення (не відповідайте, використовуючи вільні слова)

1. Що таке рН?
2. Що таке нейтральне рішення?
3. Що таке кислий розчин?
4. Що таке основний (або лужний) розчин?

Хімічні реакції в організмі, їжа, яку ми їмо, ліки, які ми приймаємо, та наслідки деяких захворювань можуть додавати або виводити водневі або гідроксильні іони в або з наших рідин організму. Рівні цих іонів, особливо Н ⁺, оскільки клітини організму постійно виробляють Н ⁺ як продукт життєдіяльності клітин, повинні підтримуватися в межах норми (слаболужний рН між 7,35 і 7,45). Тоді всі клітини нашого організму залежать від гомеостатичної регуляції кислотно-лужного балансу для підтримки рН в оптимальних умовах життя.

Існує кілька гомеостатичних механізмів для підтримки рН в оптимальних умовах. Він може регулюватися внутрішньою доступністю речовин (хімікатів), регулюванням частоти дихання, і усуненням хімічних речовин в сечі. Хімічні буфери в організмі - це речовини, які можуть поглинати зайві іони водню, запобігаючи зміні рН. Наприклад, під час фізичних вправ м'язові клітини можуть виробляти надлишок молочної кислоти, яка збільшує іони водню (кислоти виділяють іони водню). Ці іони водню, як правило, роблять наші рідини організму більш кислими, але хімічні буфери в організмі поглинають їх, запобігаючи зміні рН. Нижче наведено таблицю порівняння того, що відбувається, коли кислота або основа додаються до звичайного розчину (без буфера) або до розчину, який поглинає іони водню або гідроксильні іони (буфер).

\(\PageIndex{1}\)Порівняння таблиць між звичайним розчином без буферних властивостей і буферним розчином з буферними властивостями
	Звичайне рішення (без буферних властивостей)	Буферний розчин (з буферними властивостями)
Коли кислота додається, вона виділяє іони водню і...	рН падає і розчин стає більш кислим	рН не падає
При додаванні основи він поглинає іони водню (або вивільняє гідроксильні іони) і...	підвищується рН і розчин стає більш основним (лужним)	рН не падає

Бікарбонат, фосфати та білки працюють як хімічний буфер у наших рідинях організму. Вони поглинають зайві іони водню або додаткові гідроксильні іони, що виділяються з речей, які ми робимо або їмо.

Перевірка понять, термінів та фактів

Вивчення питання Напишіть свою відповідь у формі речення (не відповідайте, використовуючи вільні слова)

1. Що таке буфер?
2. Що відбувається з рН простого розчину при додаванні в нього кислоти?
3. Що відбувається з рН буферного розчину при додаванні в нього кислоти?