Reakcje mocnego kwasu z mocną zasadą

Zarówno $\text{HCl}$, $\text{NaOH}$ jak i $\text{NaCl}$ są mocnymi elektrolitamielektrolit mocnymocnymi elektrolitami. Dlatego też, powyższe równanie reakcji można zapisać w formie jonowej, w następujący sposób:

Mocne elektrolity, pod wpływem wody, ulegają bowiem praktycznie całkowitej dysocjacji elektrolitycznej. W analizowanym przykładzie mieszamy wodny roztwór chlorowodoru (w którym tak naprawdę nie ma cząsteczek tej substancji, a jedynie jony ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$ i ${\text{Cl}}^{-}$) z wodnym roztworem wodorotlenku sodu (w którym związek ten jest całkowicie zdysocjowany na jony ${\text{Na}}^{+}$ i ${\text{OH}}^{-}$). Odczyn wodnego roztworu chlorowodoru jest kwasowy, a odczyn wodnego roztworu wodorotlenku sodu jest zasadowy. Jaki więc będzie odczyn roztworu uzyskanego po zmieszaniu opisanych roztworów wyjściowych, jeśli chlorowodór i wodorotlenek sodu występują w nich w ilościach stechiometrycznych?

Przyjrzyjmy się jonowemu skróconemu zapisowi analizowanego równania reakcji:

Zapis ten najlepiej odzwierciedla to co faktycznie dzieje się w roztworze. Reakcja, w której łączą się jony oksoniowe z jonami wodorotlenkowymi to reakcja zobojętnianiareakcja zobojętniania (in. reakcja neutralizacji)zobojętniania. W wyniku reakcji mocnego kwasu i mocnej zasady utworzyła się sól, w tym przypadku całkowicie zdysocjowana, która nie ulega reakcji hydrolizyhydroliza solihydrolizy, a odczyn otrzymanego roztworu jest obojętny.

RgAJl5XI4ETKZ

Ilustracja przedstawiająca trzy zlewki w pierwszej znajdują się aniony chlorkowe oraz jony hydroniowe. Znak plus pomiędzy pierwszą a drugą zlewką, w której znajdują się aniony hydroksylowe i kationy sodowe. Za drugą zlewką strzałka w prawo. Za strzałką trzecia zlewka, w której znajdują się kationy sodowe, aniony chlorkowe oraz cząsteczki wody.

Reakcje słabego kwasu z mocną zasadą

Rozpatrzmy przykład, w którym zmieszano stechiometrycznie kwas słaby – ${\text{HCN}}_{\left(\text{aq}\right)}$ z zasadą mocną – ${\text{NaOH}}_{\left(\text{aq}\right)}$.

Kwas cyjanowodorowy jest kwasem słabym, a więc w roztworze dominuje niezjonizowana forma słabego kwasu. Zatem do równania jonowego nie wprowadzamy jonów ${\text{H}}^{+}$ i ${\text{CN}}^{-}$, ale właśnie formę niezdysocjowaną $\text{HCN}$.

Pełny zapis równania jonowego:

Pomijając jony powtarzające się po obu stronach równania, otrzymujemy:

W powyższej reakcji kwas zostaje zobojętniony w wyniku przeniesienia protonu z cząsteczki kwasu na zasadę, a dokładnie na jon wodorotlenkowy. Odczyn otrzymanego roztworu jest jednak zasadowy, ponieważ obecne w roztworze jony ${\text{CN}}^{-}$ ulegają hydrolizie anionowej:

RHiWPFtx05iTC

Ilustracja przedstawiająca trzy zlewki w pierwszej znajdują się aniony cyjankowe ${\text{CN}}^{-}$, jony hydroniowe oraz w znacznej większości niezdysocjowana forma kwasu $\text{HCN}$. Znak plus pomiędzy pierwszą a drugą zlewką, w której znajdują się aniony hydroksylowe i kationy sodowe. Za drugą zlewką strzałka w prawo. Za strzałką trzecia zlewka, w której znajdują się kationy sodowe, aniony hydroksylowe, cząsteczki wody oraz niezdysocjowany kwas $\text{HCN}$.

Reakcje mocnego kwasu ze słabą zasadą

W tym przypadku omówimy reakcję chemiczną, w której zmieszano stechiometrycznie słabą zasadę (amoniak) z mocnym kwasem (kwas chlorowodorowy).

Pełne równanie jonowe wygląda następująco:

Pomijając jony identyczne, występujące po obu stronach równania otrzymujemy:

W powyższej reakcji zasada zostaje zobojętniona, poprzez przyłączenie protonu z cząsteczki kwasu. Odczyn otrzymanego roztworu jest jednak kwasowy, ponieważ obecne w roztworze jony ${\text{NH}}_4^{+}$ ulegają hydrolizie kationowej:

R1VpuazX2gA32

Ilustracja przedstawiająca trzy zlewki w pierwszej znajdują się aniony hydroksylowe, kationy amoniowe oraz w znacznej większości niezdysocjowana forma amoniaku ${\text{NH}}_3$. Znak plus pomiędzy pierwszą a drugą zlewką, w której znajdują się jony oksoniowe i aniony chlorkowe. Za drugą zlewką strzałka w prawo. Za strzałką trzecia zlewka, w której znajdują się zmieszane roztwory, to jest kationy amoniowe, aniony hydroksylowe, cząsteczki wody oraz niezdysocjowany amoniak ${\text{NH}}_3$.

Reakcje słabego kwasu ze słabą zasadą

Rozważmy teraz reakcję chemiczną zachodzącą pomiędzy stechiometryczną ilością słabego kwasu, np. kwasu octowego oraz słabej zasady, np. amoniaku.

Na podstawie powyższego równania nie można bezpośrednio określić odczynu roztworu otrzymanego przez zmieszanie stechiometrycznych ilości słabego kwasu i słabej zasady. Aby określić odczyn takiego roztworu, należy porównać wartości stałych dysocjacji elektrolitycznej dla substratów użytych do reakcji i w ten sposób określić ich moc. Jeżeli moc słabego kwasu i moc słabej zasady są porównywalne, to $\text{pH}=7$. Substrat o większej mocy decyduje o odczynie roztworu. Odczyn w tym przypadku może być lekko kwasowy lub lekko zasadowy.

R1euWoJ5S0Bh9

Ilustracja przedstawiająca trzy zlewki w pierwszej znajdują się aniony hydroksylowe, kationy amoniowe oraz niezdysocjowana forma amoniaku ${\text{NH}}_3$. Znak plus pomiędzy pierwszą a drugą zlewką, w której znajdują się jony oksoniowe i aniony octanowe, a także w znacznej większości niezdysocjowana forma kwasu octowego. Za drugą zlewką strzałka w prawo. Za strzałką trzecia zlewka, w której znajdują się zmieszane roztwory, to jest kationy amoniowe, aniony hydroksylowe, cząsteczki wody, kationy oksoniowe, aniony octanowe oraz w zdecydowanym nadmiarze niezdysocjowany amoniak ${\text{NH}}_3$ oraz kwas octowy ${\text{CH}}_3\text{COOH}$.

Jak widać, reakcje zobojętniania to nie tylko reakcje mocny kwas – mocna zasada. Reakcje zobojętniania mogą przebiegać także pomiędzy słabym kwasem i mocną zasadą oraz odwrotnie. Reakcja zobojętniania to także reakcja prowadząca do zmiany $\text{pH}$ środowiska, może także zachodzić pomiędzy solą a kwasem, solą a zasadą. Gdy do roztworu kwasu będziemy dodawać zasadę, to nastąpi obniżenie stężenia jonów oksoniowych a wzrost stężenia jonów wodorotlenkowych. W przypadku, gdzie do zasady będziemy dodawać kwasu, obserwujemy sytuację odwrotną, czyli obniżenie stężenia jonów wodorotlenkowych i wzrost stężenia jonów oksoniowych. Reakcje zobojętnienia nie zawsze prowadzą do $\text{pH}$ równego $7$, ale w ich wyniku odczyn roztworu staje się bliższy odczynowi obojętnemu.

W jaki więc sposób poradzisz sobie ze zgagą, która powstaje przez nadmierną ilość soku żołądkowego w organizmie?

W skład soku żołądkowego wchodzi kwas chlorowodorowy (solny), który jest mocnym elektrolitem. Skoro chcemy pozbyć się nadmiaru tego kwasu, to należy użyć takiej substancji, która podniesie pH w żołądku.

Nadmiar kwasu w organizmie człowieka neutralizuje się poprzez spożycie czystej wody, dzięki której kwas jest rozieńczany i podwyższa się przez to pH soku żołądkowego. Innym sposobem jest wypicie szklanki mleka lub szklanki wodnego roztworu sody oczyszczonej. Soda oczyszczona to tak naprawdę wodorowęglan sodu, który reaguje z kwasem chlorowodorowym w następujący sposób:

Jak widać, w wyniku reakcji jonów wodorowęglanowych z jonami oksoniowymi, pochodzącymi od kwasu, powstaje woda oraz tlenek węgla($\text{IV}$). W ten sposób podwyższa się $\text{pH}$ soku żołądkowego i neutralizowana jest obecność jonów oksoniowych.

Słownik

Bibliografia

Jones L., Atkins P., Chemia ogólna: cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2018.