Tabla de Contenidos
Roztwór kwaśny można po prostu zdefiniować jako roztwór wodny, w którym substancją rozpuszczoną jest kwas. Roztwory kwaśne charakteryzują się następującymi właściwościami, które pozwalają odróżnić je od roztworów zasadowych i od roztworów obojętnych:
- Na ogół mają gorzki, czasem pikantny smak.
- To irytujące rozwiązania.
- Neutralizują zasady.
- Są zdolne do rozpuszczania niektórych metali.
Chociaż wiele kwaśnych roztworów ma wszystkie te cechy, inne mają tylko kilka, co sprawia, że nie jest to odpowiedni sposób definiowania kwaśnego roztworu. Aby opracować jednoznaczną chemiczną koncepcję roztworu kwasu, musimy najpierw zrozumieć, czym jest kwas z chemicznego punktu widzenia.
Pojęcie kwasu
Istnieją trzy różne koncepcje kwasów i zasad, które zostały opracowane w całej historii. Pierwszą była koncepcja kwasów i zasad Arrheniusa, który zdefiniował kwas jako substancję zdolną do uwalniania protonów (H + ) w roztworze; tymczasem stwierdził, że zasadą jest każda substancja zdolna do uwalniania jonów wodorotlenkowych (OH – ).
Brønsted i Lowry opracowali następnie własną teorię, modyfikując koncepcję zasady Arrheniusa, ale zachowując koncepcję kwasu. Wreszcie, obecnie akceptowaną koncepcją kwasowości jest zdolność substancji pozbawionej elektronów do przyjęcia pary elektronów z zasady, tworząc w ten sposób celownikowe wiązanie kowalencyjne .
Chociaż koncepcja kwasów i zasad Lewisa jest najszersza i najbardziej precyzyjna, jej największe zastosowanie znajduje się przy analizie kwasowości i zasadowości poza ośrodkami wodnymi. Ponieważ roztwór kwasu jest z definicji wodnym roztworem kwasu, koncepcja Arrheniusa lub Brønsteda i Lowry’ego wystarczy do ustalenia bardziej adekwatnej koncepcji roztworu kwasu.
Równowaga jonowa wody
Kwasowość roztworu wodnego zależy od dwóch czynników: kwasu, który działa jako substancja rozpuszczona, oraz wody, która jest rozpuszczalnikiem. Pomiędzy nimi woda stanowi najważniejszą część koncepcji kwasowości i zasadowości. Dzieje się tak, ponieważ nasza skala pomiaru kwasowości, skala pH, pochodzi z równowagi jonowej wody, zwanej także autoprotolizą wody:
Woda jest tym, co uważamy za substancję neutralną. Ze stechiometrii poprzedniej reakcji wiemy, że woda wytwarza taką samą ilość jonów hydroniowych i wodorotlenkowych, co pozwala nam zdefiniować roztwór obojętny jako taki, który podobnie jak woda ma równoważne stężenia tych dwóch jonów.
Definicja roztworu kwasu na podstawie względnych stężeń jonów hydroniowych i wodorotlenkowych
Podczas rozpuszczania kwasu, który dostarcza do roztworu większą ilość jonów hydroniowych niż te, które pochodzą z dysocjacji wody, równowaga jonowa wody jest zaburzona i jest ona przemieszczana w kierunku reagentów, zmniejszając stężenie jonów wodorotlenkowych w procesie . Z tego powodu otrzymuje się roztwór, w którym jest więcej hydroniów niż wodorotlenków. Pozwala to na ustalenie następującej definicji:
Z chemicznego punktu widzenia roztwór kwaśny definiuje się jako każdy roztwór wodny, który zawiera wyższe stężenie jonów hydroniowych niż jonów wodorotlenkowych.
Definicja roztworu kwasu na podstawie stężenia jonów hydroniowych
Stałą równowagi z powyższego równania można użyć do określenia równowagowych stężeń jonów hydroniowych i wodorotlenkowych dla dowolnego roztworu. W przypadku czystej wody lub dowolnego obojętnego roztworu, ponieważ wiemy, że oba stężenia są równe, możemy napisać, że:
Gdy stężenie jonów hydroniowych w roztworze wzrasta, stężenie jonów wodorotlenkowych koniecznie spada, aby ich iloczyn był równy 10 -14 . Łącząc ten fakt z poprzednią definicją, możemy ustalić inną, jeszcze dokładniejszą definicję, odnoszącą się wyłącznie do stężenia jonów hydroniowych:
Roztwór kwaśny definiuje się jako każdy roztwór wodny zawierający jony hydroniowe w stężeniu większym niż 10-7 molowe .
Ta definicja pośrednio zawiera poprzednią definicję, ponieważ jeśli stężenie jonów hydroniowych jest większe niż 10-7 , to stężenie jonów wodorotlenkowych musi koniecznie być mniejsze niż 10-7 , a zatem mniejsze niż stężenie jonów hydroniowych.
Definicja roztworu kwasu na podstawie skali pH
Wreszcie, możemy określić, kiedy znajdujemy się w roztworze kwaśnym, zasadowym lub obojętnym, używając skali pH jako miary kwasowości. pH roztworu definiuje się, dla rozwiązania idealnego, jako minus logarytmu o podstawie 10 stężenia molowego jonów hydroniowych w roztworze, czyli:
Dla roztworu obojętnego, w którym stężenie jonów hydroniowych wynosi 10 -7 , pH ma wartość 7. Również ze względu na znak ujemny, gdy stężenie jonów hydroniowych wzrasta, pH faktycznie spada. Z tego powodu dla roztworów kwaśnych, w których, jak wiemy, stężenie jonów hydroniowych jest większe niż 10 -7 , pH z konieczności będzie mniejsze niż 7. W związku z tym możemy podać czwartą definicję roztworu kwaśnego:
Roztwór kwaśny definiuje się jako każdy roztwór wodny, którego pH jest mniejsze niż 7.
To ostatnie rozwiązanie jest z kolei najbardziej zwięzłe, najprostsze, a jednocześnie zawiera w sobie wszystkie pozostałe definicje, które tutaj przedstawiliśmy. Jeśli pH jest mniejsze niż 7, to stężenie hydroniowe będzie większe niż 10-7 , co oznacza, że będzie wyższe stężenie jonów hydroniowych niż jonów wodorotlenkowych.
Bibliografia
- assolea. (2020, 2 maja). 7.6: Skala pH . Pobrane z https://assolea.org/es/7-6-la-escala-de-ph/
- Brązowy, T. (2021). Chemia: The Central Science (wyd. 11). Londyn, Anglia: Pearson Education.
- Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS i Herranz, ZR (2020). Chemia (wyd. 10). Nowy Jork, NY: MCGRAW-HILL.
- Kwiaty, P., Theopold, K., Langley, R. i Robinson, W. (2019a). 14.1 Kwasy i zasady Brønsteda-Lowry’ego – Chemia 2e . Pobrane z https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/14-1-bronsted-lowry-acids-and-bases
- pH i pH . (2020, 30 października). Hiszpańskie LibreTexty. Pobrane z https://espanol.libretexts.org/@go/page/1911
