Ισχυρό οξύ και ισχυρή βάση

Μια αντίδραση οξέος-βάσης είναι ένα είδος χημικής αλληλεπίδρασης που επισημαίνεται από την ανταλλαγή τουλάχιστον ενός σωματιδίου υδρογόνου, H+, μεταξύ ειδών που μπορεί να είναι ουδέτερα (άτομα, όπως νερό, H2O ή όξινα διαβρωτικά, CH3CO2H) ή ηλεκτρικά φορτισμένα (ιόντα, όπως αμμώνιο, NH4+, υδροξείδιο, ΟΗ- ή ανθρακικό, CO32-). Επιπλέον, ενσωματώνει παρόμοια συμπεριφορά ατόμων και σωματιδίων που είναι όξινα αλλά δεν δίνουν σωματίδια υδρογόνου (χλωριούχο αργίλιο, AlCl3 και το ιόν αργύρου AG+). Σε αυτό το κεφάλαιο, θα μελετήσουμε το ισχυρό οξύ και την ισχυρή βάση.

Το οξύ Lewis χαρακτηρίζεται ως δέκτης ζεύγους ηλεκτρονίων, αν και μια βάση Lewis συνεισφέρει στο ζεύγος ηλεκτρονίων. Σύμφωνα με τον ορισμό, οξύ είναι η ένωση που δίνει το πρωτόνιο. Σύμφωνα με τη θεωρία Lewis, το ίδιο το Η+ δείχνει την ιδιότητα ενός οξέος Lewis. Αυτό συμβαίνει επίσης επειδή, χωρίς ηλεκτρόνια, το H+ μπορεί να δεχτεί ένα κενό ζεύγος ηλεκτρονίων.

Στη συνέχεια, η βάση Lewis είναι οποιαδήποτε ένωση που υποδηλώνει το ζεύγος ηλεκτρονίων στα οξέα Lewis. Η απόκριση «εξουδετέρωσης» είναι αυτή στην οποία σχηματίζεται ομοιοπολικός δεσμός μεταξύ ενός είδους φτωχού σε ηλεκτρόνια (γνωστό ως οξύ Lewis) και ειδών πλούσιου σε ηλεκτρόνια (γνωστού ως βάσης Lewis). Έτσι, οι βάσεις Lewis αναφέρονται τακτικά ως πυρηνόφιλα, και τα οξέα Lewis μερικές φορές ονομάζονται ηλεκτρόφιλα). Αυτός ο ορισμός είναι πολύτιμος, καθώς δεν καλύπτει μόνο όλες τις έννοιες της οξέος-βάσης που είμαστε πλέον αναγνωρίσιμοι. Ωστόσο, απεικονίζει απαντήσεις που δεν μπορούν να αποδειχθούν από την επιστήμη της διαβρωτικής βάσης Bronsted-Lowry ή Arrhenius.

Ο ορισμός των ισχυρών οξέων

Προφανώς γνωρίζετε για τα οξέα και πιθανότατα τα έχετε βιώσει. Βρίσκονται σε αναψυκτικά και είδη καθαρισμού και έχουν πολυάριθμες βιομηχανικές χρήσεις. Τα οξέα είναι ουσίες που ακτινοβολούν ιόντα υδρογόνου ή πρωτόνια όταν τοποθετούνται σε διάταξη.

Είναι ζωτικής σημασίας να γνωρίζουμε τον αριθμό των ιόντων υδρογόνου ή των πρωτονίων που εκπέμπονται από ένα συγκεκριμένο διαβρωτικό. Αυτό καθορίζει την ισχύ ενός οξέος. Ένα ισχυρό οξύ είναι μια ουσία που διασπάται πλήρως και απελευθερώνει πρωτόνια και ιόντα. Αυτό σημαίνει ότι ακτινοβολεί τον καλύτερο αριθμό ιόντων υδρογόνου ή πρωτονίων όταν τοποθετηθεί σε ένα διάλυμα.

Τα ιόντα είναι φορτισμένα σωματίδια. Εφόσον ένα ισχυρό οξύ εκπέμπει έναν απίστευτο αριθμό σωματιδίων που διασπώνται ή διαχωρίζονται, αυτό σημαίνει ότι τα στερεά οξέα μπορούν να οδηγήσουν σε ισχύ.

Μπορεί να το παρατηρήσετε ως σύγχυση όταν ακούτε ότι τα οξέα εκπέμπουν σωματίδια υδρογόνου ή πρωτόνια. Πολλοί μαθητές αναρωτιούνται γιατί βλέπουν σωματίδια υδρογόνου σε ορισμένες περιπτώσεις και πρωτόνια σε διαφορετικές χρονικές στιγμές όταν διαβάζουν σχετικά με τα οξέα. Η απάντηση είναι απλή:ένα σωματίδιο υδρογόνου είναι ένα πρωτόνιο. Υποθέτοντας ότι κοιτάξετε τον περιοδικό πίνακα, θα δείτε ότι το υδρογόνο είναι το συστατικό νούμερο ένα. Αυτό σημαίνει ότι έχει ένα πρωτόνιο, και επομένως ένα σωματίδιο υδρογόνου είναι ένα πρωτόνιο.

Η ισχύς ενός οξέος παραπέμπει στο πόσο γρήγορα ένα οξύ θα χάσει ή θα δώσει ένα πρωτόνιο, κατά κανόνα στη διάταξη. Ένα ισχυρό οξύ ιονίζεται ή διαχωρίζεται πιο γρήγορα σε μια απάντηση από ένα ασθενέστερο οξύ. Τα έξι ισχυρά οξέα είναι:

• υδροχλωρικό διαβρωτικό (HCl)
• υδροβρωμικό διαβρωτικό (HBr)
• υδροϊωδικό διαβρωτικό (HI)
• θειικό διαβρωτικό (H2SO4, μόνο το πρωτεύον πρωτόνιο θεωρείται εμφατικά όξινο)
• νιτρικό διαβρωτικό (HNO3)
• υπερχλωρικό διαβρωτικό (HClO4)

Ο ορισμός μιας ισχυρής βάσης

Μπορεί να μην το καταλαβαίνεις, αλλά ισχυρές βάσεις υπάρχουν παντού! Είναι αφάνταστα αποτελεσματικοί ειδικοί καθαρισμού. Πράγματι, η συντριπτική πλειοψηφία των καθαριστικών στο σπίτι σας πιθανότατα περιέχουν κάποια βάση σε αυτά. Εάν ένας ειδικός καθαρισμού φαίνεται να λειτουργεί ως μαγικά, είναι πιθανό λόγω της ισχυρής βάσης στο εσωτερικό. Για αυτές τις διατάξεις καθαρισμού με υπερ-δύναμη, δώστε μια επισήμανση να προστατεύετε συνεχώς το δέρμα και τους ευαίσθητους ιστούς, καθώς αυτό που τα κάνει εξαιρετικά καθαριστικά τα καθιστά επίσης πολύ επικίνδυνα!

Όπως υποδεικνύεται από την έννοια Arrhenius της βάσης, μια βάση είναι μια ένωση που πέφτει σε κομμάτια για να κάνει ιόντα υδροξειδίου (ΟΗ-) σε διάλυμα. Οι βάσεις έχουν υψηλές τιμές pH που είναι πιο αξιοσημείωτες από επτά. Ωστόσο, όχι ακριβώς ή ίσο με 14. Οι βάσεις έχουν άπιαστη αίσθηση και γεύση σαπουνάδα.

Μια ισχυρή βάση είναι μια βάση που καταρρέει 100 τοις εκατό σε διάλυμα. Για παράδειγμα, εάν το στερεό υδροξείδιο του νατρίου (NaOH) τεθεί σε νερό, τα στερεά θα σπάσουν σε ισοδύναμα μέτρα σωματιδίων νατρίου (Na+) και σωματιδίων υδροξειδίου (OH-). Οι συμπαγείς βάσεις έχουν υψηλά pH κοντά στο 14 και μπορεί να είναι εξαιρετικά καταστροφικές και επικίνδυνες σε υψηλές εστίες. Όπως όλες οι βάσεις, έτσι και οι συμπαγείς βάσεις είναι δύσκολες και αφρίζουν. Όπως και να έχει, δεν είναι ποτέ έξυπνο να γευτείς μια σταθερή βάση λόγω της γοητευτικής φύσης της.

Η συνολική αντίδραση μοιάζει με:

A−(aq)+H2O(aq)→AH(aq)+OH−(aq)

Τα περισσότερα διαλυτά βασικά μέταλλα και μερικά υδροξείδια βασικών μετάλλων γαιών είναι στερεές βάσεις στη διάταξη. Αυτά περιλαμβάνουν:

• υδροξείδιο του νατρίου (NaOH)
• υδροξείδιο του καλίου (KOH)
• υδροξείδιο του λιθίου (LiOH)
• υδροξείδιο του ρουβιδίου (RbOH)
• υδροξείδιο του καισίου (CsOH)
• υδροξείδιο του ασβεστίου (Ca(OH)2)
• υδροξείδιο του βαρίου (Ba(OH)2)
• υδροξείδιο του στροντίου (Sr(OH)2)

Τα υδροξείδια αλκαλιμετάλλων διαχωρίζονται σε διάλυμα. Τα υδροξείδια μετάλλων αλκαλικών γαιών είναι λιγότερο διαλυτά, αλλά θεωρούνται ισχυρές βάσεις.

Εξουδετέρωση οξέος/βάσης

Τα οξέα και οι βάσεις αντιδρούν μεταξύ τους για να δώσουν νερό και αλάτι. Για παράδειγμα:

HCl (aq)+NaOH(aq) →H2O(l)+NaCl (aq)

Αυτή η απόκριση είναι γνωστή ως απόκριση εξουδετέρωσης.

Σχηματισμός σύνθετων ιόντων σε οξύ και βάσεις

Οι συνδέτες δημιουργούν ένα σύμπλοκο ενώ διαμορφώνουν δεσμούς κατεύθυνσης με σωματίδια μετάλλων αλλαγής. το ιόν μετάλλου μεταπτώσεως δρα ως οξύ Lewis και ο συνδέτης λειτουργεί ως βάση Lewis. Η ποσότητα των δεσμών κατεύθυνσης είναι γνωστή ως ο περίπλοκος αριθμός συντονισμού. Οι κανονικοί συνδέτες ενσωματώνουν H2O και NH3. περιπτώσεις οικοδομημάτων ενσωματώνουν το σωματίδιο εξαακου σιδήρου (III), σωματίδιο [Fe(H2O)6]3+ και τετραχλωροκοβαλτικό (II), [CoCl4]2-.

Ουσιαστικά όλα τα μείγματα που παράγονται από μεταλλαγμένα μέταλλα μπορούν να θεωρηθούν ως συλλογές των βάσεων Lewis ή προσδέματα που είναι συνδεδεμένα με το μέταλλο, όπως το οξύ Lewis. Μια εφαρμογή της επιστήμης συντονισμού χρησιμοποιεί βάσεις Lewis για να προσαρμόσει την κίνηση και την επιλεκτικότητα των μεταλλικών καταλυτών για να δημιουργήσει πολύτιμα σύμπλοκα μετάλλου-συνδέτη στη φυσική χημεία και τη φαρμακευτική αγωγή.

Συμπέρασμα

Ένα οξύ είναι μια ουσία που δίνει πρωτόνια (στον ορισμό Brønsted-Lowry) ή αναγνωρίζει μερικά ηλεκτρόνια σθένους για να σχηματίσουν έναν δεσμό (στον ορισμό Lewis). Μια βάση είναι μια ουσία που μπορεί να δεχθεί πρωτόνια ή να δώσει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων σθένους για να σχηματίσει έναν δεσμό. Οι βάσεις μπορούν να θεωρηθούν η ουσία αντίστροφη των οξέων.