Przeczytaj

bg‑red

Co rozumiesz pod pojęciem reakcja zobojętniania?

Reakcja zobojętnianiareakcja zobojętnianiaReakcja zobojętniania jest najczęściej reakcją pomiędzy kwasem a zasadą. Produktami tej reakcji są sól i woda. Roztwór wodny soli może mieć odczyn kwasowy, zasadowy lub obojętny – w zależności od mocy kwasu i zasady, jakie biorą udział w reakcji.

Po zmieszaniu (w ilościach stechiometrycznych) wodnego roztworu wodorotlenku sodu ( $NaOH$ ) i kwasu solnego ( $HCl$ ), które są mocnymi elektrolitamimocny elektrolitmocnymi elektrolitami, powstaje sól – chlorek sodu ( $NaCl$ ), której roztwór wodny ma odczyn obojętny.:

NaOH + HCl \to NaCl + H_{2} O

Reakcję zobojętniania można także przedstawić jako reakcję tworzenia cząsteczek wody z jonów oksoniowych ( $H_{3} O^{+}$ ), pochodzących z dysocjacji elektrolitycznejdysocjacja elektrolitycznadysocjacji elektrolitycznej kwasu oraz jonów wodorotlenkowych ( ${OH}^{-}$ ). Uwalniane są one do roztworu w wyniku dysocjacji elektrolitycznej $NaOH$ .

$HCl$ ulega dysocjacji elektrolitycznej z wytworzeniem jonów oksoniowych:
$HCl + H_{2} O \to H_{3} O^{+} + {Cl}^{-}$

$NaOH$ ulega dysocjacji elektrolitycznej, uwalniając anion wodorotlenkowy:
$NaOH \overset{H_{2} O}{\to} {Na}^{+} + {OH}^{-}$

Pełne równanie w postaci jonowej:

H_{3} O^{+} + {Cl}^{-} + {Na}^{+} + {OH}^{-} \to {Na}^{+} + {Cl}^{-} + 2 H_{2} O

Anion wodorotlenkowy reaguje z jonem oksoniowym, tworząc dwie cząsteczki wody. Zatem równanie reakcji zobojętniania można przedstawić w postaci jonowej skróconej:

H_{3} O^{+} + {OH}^{-} \to 2 H_{2} O

RJmcWKsbbv4Nr1

Ilustracja przedstawiająca trzy zlewki z roztworami. W pierwszej małej zlewce znajduje się roztwór chlorowodoru. W środku zlewki przedstawiono symbolicznie w modelu kulkowo-pręcikowym aniony chlorkowe jako duże, zielone kulki oraz kationy hydroniowe jako czerwone kulki odpowiadające atomom tlenu połączone z trzema małymi białymi kulkami reprezentującymi atomy wodoru. Dodać mała zlewka zawierająca roztwór wodorotlenku sodu, w którym aniony wodorotlenowe symbolizują czerwone kulki, to jest atomy tlenu połączone z małymi białymi kulkami reprezentującymi atomy wodoru. Kationy sodu symbolizują duże szare kulki. Strzałka w prawo. Za strzałką znajduje się duża zlewka, w której znajduje się roztwór powstały po połączeniu roztworu z pierwszej i drugiej zlewki. W środku dużej zlewki przedstawiono aniony chlorkowe, kationy sodowe oraz cząsteczki wody zbudowane z dwóch atomów wodoru reprezentowanych przez białe kulki, które połączone są z czerwoną kulką symbolizującą atom tlenu. — Schematyczne przedstawienie (w sposób uproszczony) reakcji zobojętniania na przykładzie roztworów HCl i NaOH. Należy pamiętać, że w roztworze pozostają jony pochodzące z autodysocjacji wody – iloczyn jonowy wody jest zachowany.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑red

W jaki sposób zapisać i uzgodnić równanie reakcji zobojętniania?

Rozpatrzymy reakcje zachodzące pomiędzy różnymi parami kwas‑zasada.

bg‑gray1

Mocny kwas ‑ mocna zasada

Przykład 1

Zapisz cząsteczkowe, jonowe pełne i jonowe skrócone równania reakcji kwasu azotowego(V) z wodnym roztworem wodorotlenku potasu.

RLRCQftz3fItP

Przykład 2

W jaki sposób zapisać równanie reakcji zobojętniania, w której powstaje osad?

Soli trudno rozpuszczalnych w wodzie lub praktycznie nierozpuszczalnych nie rozpisujemy na jony nawet w zapisie jonowym. Przykład reakcji:

H_{2} {S O}_{4} + B a (O H)_{2} \to {B a S O}_{4} ↓ + 2 H_{2} O

2 H_{3} O^{+} + {SO}_{4}^{2 -} + {Ba}^{2 +} + 2 {OH}^{-} \to {BaSO}_{4} ↓ + 4 H_{2} O

bg‑gray1

Mocny kwas - słaba zasada

Przykład 3

Zapisz cząsteczkowe, jonowe pełne i jonowe skrócone równania reakcji kwasu siarkowego(VI) z wodorotlenkiem glinu.

Krok 1. Zapisz wzory substratów reakcji.

kwas siarkowy(VI) - $H_{2} {S O}_{4}$

wodorotlenek glinu - $A l (O H)_{3}$

Krok 2. Zapisz równanie reakcji w formie cząsteczkowej. Sprawdź współczynniki stechiometryczne.

3 H_{2} S O_{4} + 2 A l {(O H)}_{3} \to A l_{2} {(S O_{4})}_{3} + 6 H_{2} O

Krok 3. Zapisz równanie dysocjacji elektrolitycznej kwasu.

Z uwagi na fakt, że wodorotlenek glinu jest trudno rozpuszczalny, zatem praktycznie nie wprowadza do roztworu jonów – zapisujemy go w równaniu jonowym w postaci niezdysocjowanej. Z kolei kwas siarkowy(VI) jest mocnym elektrolitem tylko w pierwszym etapie swojej dysocjacji – w równaniach jonowych przyjmujemy jednak dla uproszczenia, że rozpada się całkowicie zgodnie z poniższym zapisem:

H_{2} {SO}_{4} + 2 H_{2} O \to 2 H_{3} O^{+} + {SO}_{4}^{2 -}

Krok 4. Przeanalizuj, jakie indywidua chemiczne znajdują się w roztworze i zapisz równanie reakcji w postaci jonowej pełnej. Sprawdź współczynniki stechiometryczne.

Powstała w reakcji sól ${A l}_{2} (S O_{4})_{3}$ , jako sól dobrze rozpuszczalna, dysocjuje na jony. W związku z tym równanie reakcji w postaci jonowej możemy zapisać jako:

6 H_{3} O^{+} + 3 {SO}_{4}^{2 -} + 2 Al (OH)_{3} \to 2 {Al}^{3 +} + 3 {SO}_{4}^{2 -} + 12 H_{2} O

Krok 5. Zapisz równanie reakcji w postaci jonowej skróconej. Sprawdź współczynniki stechiometryczne.

3 H_{3} O^{+} + Al {(OH)}_{3} \to {Al}^{3 +} + 6 H_{2} O

Reakcja zobojętniania zachodzi, nawet jeśli jeden reagent nie znajduje się w fazie wodnej. Na przykład reakcja chemiczna pomiędzy kwasem chlorowodorowym $HCl$ a wodorotlenkiem żelaza(III) $F e (O H)_{3}$ przebiega zgodnie z równaniem:

3 H C l + F e (O H)_{3} \to 3 H_{2} O + {F e C l}_{3}

nawet jeśli $F e (O H)_{3}$ jest związkiem nierozpuszczalnym w wodzie.

R1eEI4KywiaGQ

Zdjęcie przedstawiające zardzewiały fragment roweru: kawałek ramy, łańcuch, koło zębate oraz pedały. W tle znajduje się trawa. — Wodorotlenek żelaza Fe(OH)₃ _(s) jest składnikiem rdzy (np. rudy nalot na elementach roweru). Wyjaśnia to, dlaczego niektóre roztwory czyszczące, przeznaczone do plam z rdzy, zawierają kwasy. Podczas reakcji zobojętniana powstają produkty, które są rozpuszczalne w wodzie.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

bg‑gray1

Słaby kwas‑mocna zasada

Przykład 4

Zapisz cząsteczkowe, jonowe pełne i jonowe skrócone równania reakcji kwasu siarkowodorowego z wodorotlenkiem sodu.

Krok 1. Zapisz wzory substratów reakcji.

kwas siarkowodorowy - $H_{2} S$

wodorotlenek sodu - $NaOH$

Krok 2. Zapisz równanie reakcji w formie cząsteczkowej. Sprawdź współczynniki stechiometryczne.

H_{2} S + 2 NaOH \to {Na}_{2} S + 2 H_{2} O

Krok 3. Zapisz równanie dysocjacji elektrolitycznej zasady.

Z uwagi na fakt, że kwas siarkowowdorowy jest słabym elektrolitem, nie rozbijamy go na jony. Z kolei wodorotlenek sodu jest mocnym elektrolitem i dysocjuje całkowicie zgodnie z równaniem reakcji:

NaOH \overset{H_{2} O}{\to} {Na}^{+} + {OH}^{-}

Krok 4. Przeanalizuj jakie jony/cząsteczki znajdują się w roztworze i zapisz równanie reakcji w postaci jonowej pełnej. Sprawdź współczynniki stechiometryczne.

Powstała w reakcji sól ${N a}_{2} S$ jest rozpuszczalna, zatem dysocjuje na jony. W związku z tym równanie reakcji w postaci jonowej możemy zapisać jako:

H_{2} S + 2 {Na}^{+} + 2 {OH}^{-} \to 2 {Na}^{+} + S^{2 -} + 2 H_{2} O

Krok 5. Zapisz równanie reakcji w postaci jonowej skróconej. Sprawdź współczynniki stechiometryczne.

H_{2} S + 2 {OH}^{-} \to S^{2 -} + 2 H_{2} O

bg‑gray1

Słaby kwas‑słaba zasada

Przykład 5

Zapisz cząsteczkowe, jonowe, jonowe skrócone równanie reakcji kwasu ortofosforowego(V) z wodnym roztworem amoniaku.

Słabych kwasów i słabych zasad nie rozbijamy na jony w zapisie jonowym.

Krok 1. Zapisz wzory substratów reakcji.

kwas ortofosforowy(V) (kwas fosforowy(V)) – $H_{3} {P O}_{4}$

wodny roztwór amoniaku – $N H_{3} \cdot H_{2} O$

Krok 2. Zapisz równanie reakcji w formie cząsteczkowej. Sprawdź współczynniki stechiometryczne.

H_{3} {PO}_{4} + 3 {NH}_{3} \cdot H_{2} O \to ({NH}_{4})_{3} {PO}_{4} + 3 H_{2} O

Krok 3. Przeanalizuj jakie jony/cząsteczki znajdują się w roztworze i zapisz równanie reakcji w postaci jonowej pełnej. Sprawdź współczynniki stechiometryczne.

Powstająca sól jest jest rozpuszczalna, zatem dysocjuje na jony. W związku z tym równanie reakcji w postaci jonowej możemy zapisać jako:

H_{3} {PO}_{4} + 3 {NH}_{3} \cdot H_{2} O \to 3 {NH}_{4}^{+} + {PO}_{4}^{3 -} + 3 H_{2} O

Z uwagi na fakt, że zarówno kwas, jak i zasada to słabe elektrolity, w powyższym równaniu nie da się skrócić jonów do postaci jonowej skróconej.

Słownik

reakcja zobojętniania

reakcja chemiczna między kwasem a zasadą, która prowadzi do zmiany pH środowiska reakcji w kierunku odczynu bardziej obojętnego

dysocjacja elektrolityczna

(łac. dissociatio „rozdzielenie”) samorzutny proces rozpadu cząsteczek elektrolitów (kwasów, wodorotlenków, soli) w roztworach, na dodatnio i ujemnie naładowane cząstki, tj. jony pod wpływem działania rozpuszczalnika

mocny elektrolit

(gr. ḗlektron „bursztyn”, lytós „rozpuszczalny”) elektrolit zdysocjowany praktycznie w 100%

wykładnik stężenia jonów oksoniowych (hydroniowych), ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia jonów oksoniowych: $pH = - \log_{10} [H_{3} O^{+}]$

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Kocjan R., Chemia analityczna. Podręcznik dla studentów, Warszawa 2002.

Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Repetytorium chemia: Liceum - poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa - Bielsko‑Biała 2010.

Lipiec T., Szmal Z., Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, Warszawa 1980.

Minczewski J., Marczenko Z., Chemia analityczna. T. 2. Chemiczne metody analizy ilościowej, Warszawa 2011, wyd. 10.

Young P. R., Acids‑Bases Reactions: Neutralization, Chicago, online: https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Introductory_Chemistry/Book%3A_Introductory_Chemistry_Online_(Young)/08%3A_Acids%2C_Bases_and_pH/8.4%3A_Acids‑Bases_Reactions%3A_Neutralization, dostęp: 10.11.2021.

Wprowadzenie

Gra edukacyjna

Co rozumiesz pod pojęciem reakcja zobojętniania?

W jaki sposób zapisać i uzgodnić równanie reakcji zobojętniania?

Mocny kwas ‑ mocna zasada

Mocny kwas - słaba zasada

Słaby kwas‑mocna zasada

Słaby kwas‑słaba zasada

Słownik

Bibliografia