Hlavní obsah

Kurz: Fyzikální chemie > Kapitola 7

Lekce 1: Kyseliny, zásady a pH

Arrheniova teorie kyselin a zásad

Zavedení Arrheniovy teorie kyselin a zásad, spolu s ukázkami reakcí.

Co je potřeba si zapamatovat

Arrheniova kyselina je jakákoliv látka, která zvyšuje koncentraci $H^{+}$ ‍ ve vodném roztoku.
Arrheniova zásada je jakákoliv látka, která zvyšuje koncentraci ${OH}^{-}$ ‍ ve vodném roztoku.
Ve vodném roztoku reagují $H^{+}$ ‍ ionty okamžitě s molekulami vody a vytvoří hydroxoniový kation, $H_{3} O^{+}$ ‍.
Při acidobazických nebo neutralizačních reakcích většinou Arrheniova kyselina a zásada reagují za vzniku vody a soli.

Úvod

Kyseliny a zásady jsou všude, od octu v kuchyni až po mýdlo v koupelně! Ale co to znamená, když řekneme, že něco je kyselé nebo zásadité? Abychom mohli zodpovědět tuto otázku, tak musíme nejprve prozkoumat teorie popisující kyseliny a zásady. V tomto článku se budeme zabývat Arrheniovou teorií.

Arrheniovy kyseliny

Arrheniova teorie kyselin a zásad byla původně navržena švédským chemikem Svantem Arrheniem v roce 1884. Navrhl označit určité sloučeniny jako kyseliny nebo zásady v závislosti na tom, k tvorbě jakých iontů dochází po přidání dané sloučeniny do vody.

Arrheniova kyselina je látka, která zvyšuje koncentraci

H^{+}

iontů—nebo protonů—ve vodném roztoku. Například uvažujme disociační reakci kyseliny chlorovodíkové

HCl

ve vodě:

H Cl (a q) \to H^{+} (a q) + {Cl}^{-} (a q)

Pokud vytvoříme vodný roztok kyseliny chlorovodíkové, tak

H Cl

disociuje na ionty

H^{+}

{Cl}^{-}

. Jelikož to povede ke zvýšení koncentrace

H^{+}

iontů v roztoku, tak je kyselina chlorovodíková Arrheniovou kyselinou.

Vodík nebo hydroxoniový kation?

Řekněme, že máme vodný roztok kyseliny bromovodíkové (

HBr

) o koncentraci

2 M

. Ta je Arreniovou kyselinou. Znamená to, že máme v roztoku

2 M

H^{+}

iontů?

Ve skutečnosti ne. Kladně nabité protony reagují s okolní vodou za vzniku hydroxoniových kationtů,

H_{3} O^{+}

. Tato reakce se dá zapsat následovně:

H^{+} (a q) + H_{2} O (l) \to H_{3} O^{+} (a q)

Ačkoli často píšeme, že při disociační reakci vzniká

H^{+} (a q)

, tak ve skutečnosti nejsou žádné volné

H^{+}

ionty vznášející se ve vodném roztoku. Namísto toho tu jsou hlavně

H_{3} O^{+}

ionty, které se vytvoří ihned po disociaci kyseliny ve vodném roztoku. Následující obrázek s pomocí molekulového modelu ilustruje vytvoření hydroxoniového kationtu z vody a vodíkových iontů:

V praxi chemici používají koncentraci

H^{+}

a koncentraci

H_{3} O^{+}

jako synonyma. Pokud bychom se chtěli vyjadřovat přesněji—a nebýt tak líní!—tak můžeme v disociaci kyseliny bromovodíkové explicitně ukázat vytvoření hydroxoniového kationu namísto protonů:

\begin{aligned} HBr (a q) + H_{2} O (l) & \to H_{3} O^{+} (a q) + {Br}^{-} (a q) Přesnější \\ oproti \\ HBr (a q) & \to H^{+} (a q) + {Br}^{-} (a q) Kratší a jednodušší! \end{aligned}

Obecně jsou oba popisy přijatelné pro popis disociace Arrheniovy kyseliny.

Arrheniovy zásady

Arrheniova zásada je definována jako látka, která zvyšuje koncentraci hydroxidových iontů

{OH}^{-}

ve vodném roztoku. Příkladem Arrheniovy zásady je vysoce rozpustný hydroxid sodný

NaOH

. Hydroxid sodný disociuje ve vodě následovně:

Na OH (a q) \to {Na}^{+} (a q) + {OH}^{-} (a q)

Hydroxid sodný ve vodě plně disociuje za tvorby

{OH}^{-}

{Na}^{+}

iontů, což vede ke zvýšení koncentrace hydroxiodových iontů. Proto je

NaOH

Arrheniova zásada. Běžné Arrheniovy zásady zahrnují zásady 1. a 2. skupiny jako jsou například

LiOH

{Ba(OH)}_{2}

I částečně rozpustné sloučeniny, jako je

{Ca(OH)}_{2}

, jsou často klasifikovány jako Arrheniovy zásady, protože alespoň jejich malá část je rozpustná ve vodě a tato část v roztoku disociuje za tvorby

{OH}^{-}

iontů.

Tím pádem není vhodné považovat úplnou rozpustnost jako podmínku pro Arrheniovu zásadu! Pokud se alespoň část dostane do roztoku a zvýší koncentraci

{OH}^{-}

, tak tuto látku můžeme klasifikovat jako Arrheniovu zásadu.

Všimněte si, že v závislosti na učebnici nebo učiteli chemie můžete ale nemusíte považovat zásady, které neobsahují hydroxid, za Arrheniovy zásady. Některé učebnice definují Arrheniovy zásady takto: látka, která zvyšuje koncentraci

{OH}^{-}

ve vodném roztoku a také obsahuje alespoň jednu jednotku

{OH}^{-}

ve svém chemickém vzorci. Tato definice nemění klasifikaci hydroxidů 1. a 2. skupiny, ale může vás trochu mást u látek jako je například metylamin

{CH}_{3} {NH}_{2}

Pokud přidáme methylamin do vody, tak dojde k následující reakci:

{CH}_{3} {NH}_{2} (a q) + H_{2} O (l) ⇌ {CH}_{3} {NH}_{3}^{+} (a q) + {OH}^{-} (a q)

Podle první definice bude methylamin Arrheniovou zásadou, jelikož došlo ke zvýšení koncentrace

{OH}^{-}

iontů v roztoku. Podle druhé definice ale Arrheniovou zásadou nebude, protože jeho chemický vzorec neobsahuje hydroxid.

Acidobazické reakce: Arrheniova kyselina + Arrheniova zásada = voda + sůl

Když Arrheniova kyselina reaguje s Arrheniovou zásadou, tak většinou vznikne voda a sůl. Tyto reakce se někdy také nazývají neutralizační reakce. Například, co se stane pokud smícháme vodný roztok kyseliny fluorovodíkové

HF

a hydroxid lithný

LiOH

Pokud budeme uvažovat samostatný roztok kyseliny a samostatný roztok zásady, tak získáme následující:

Arrheniova kyselina zvyšuje koncentraci $H^{+} (a q)$ ‍

H F (a q) ⇌ H^{+} (a q) + F^{-} (a q)

Arrheniova zásada zvyšuje koncentraci ${OH}^{-} (a q)$ ‍:

Li OH (a q) \to {Li}^{+} (a q) + {OH}^{-} (a q)

Pokud se kyselina a zásada smíchají v roztoku, tak z reakce mezi vodíkovými a hydroxidovými ionty vznikne

H_{2} O

, zatímco z ostatních iontů se vytvoří sůl

LiF (a q)

\begin{aligned} H^{+} (a q) + {OH}^{-} (a q) & \to H_{2} O (l) & Vznik vody \\ {Li}^{+} (a q) + F^{-} (a q) & \to LiF (a q) & Vznik soli \end{aligned}

Pokud přidáme reakce pro vznik vody a vznik soli, tak získáme celkovou neutralizační reakci mezi kyselinou fluorovodíkovou a hydroxidem lithným:

H F (a q) + Li OH (a q) \to H_{2} O (l) + LiF (a q)

Omezení Arrheniovy definice

Arrheniova teorie má omezení v tom, že může popsat pouze acidobazické reakce ve vodném roztoku. Podobné reakce ale mohou proběhnout i v nevodných rozpouštědlech a také mezi molekulami v plynné fázi. Z tohoto důvodu chemici většinou upřednostňují Brønstedovu-Lowryho teorii, která se dá použít na širší škálu reakcí. Brønstedovou-Lowryho teorií kyselin a bází se budeme zabývat v samostatném článku!

Shrnutí

Arrheniova kyselina je jakákoliv látka, která zvyšuje koncentraci $H^{+}$ ‍ ve vodném roztoku.
Arrheniova zásada je jakákoliv látka, která zvyšuje koncentraci ${OH}^{-}$ ‍ ve vodném roztoku.
Ve vodném roztoku reagují ionty $H^{+}$ ‍ okamžitě s molekulami vody za tvorby hydroxoniových iontů $H_{3} O^{+}$ ‍.
Při acidobazických nebo neutralizačních reakcích většinou reagují Arrheniova kyselina a zásada za vzniku vody a soli.

Zdroje

Tento článek byl upraven na základě následujícího článku:

“Kyseliny a zásady - základy” from UC Davis ChemWiki, CC BY-NC-SA 3.0

Upravený článek je licencován podle CC-BY-NC-SA 4.0 licence.

Další odkazy

Zumdahl, S. S. a S. A. Zumdahl. "Atomic Structure and Periodicity." V Chemistry, 290-94. 6th ed. Boston, MA: Hougton Mifflin Company, 2003.

Kotz, J. C., P. M. Treichel, J. R. Townsend a D. A. Treichel. "Acids and Bases: The Arrhenius Definition." V Chemistry and Chemical Reactivity, Instructor's Edition, 116. 9th ed. Stamford, CT: Cengage Learning, 2015.

Chceš se zapojit do diskuze?

Přihlášení

Setřídit podle:

Zatím žádné příspěvky.

Umíš anglicky? Kliknutím zobrazíš diskuzi anglické verze Khan Academy.