Co to jest kwas nieutleniający?

Reakcje kwasowo-zasadowe i reakcje utleniania-redukcji to dwie powszechne i bardzo różne klasy reakcji chemicznych. Podczas gdy reakcje kwasowo-zasadowe obejmują wymianę jonową między ugrupowaniami kwasowymi a ugrupowaniami zasadowymi bez jakiejkolwiek zmiany stopni utlenienia jakiegokolwiek zaangażowanego atomu, reakcje utleniania-redukcji obejmują wymianę elektronów, która ma wpływ na stany utlenienia.

Oprócz tej podstawowej różnicy, reakcje kwasowo-zasadowe i utleniająco-redukcyjne obejmują również różne rodzaje odczynników chemicznych. Te kwasowo-zasadowe wymagają interwencji kwasów i zasad, podczas gdy te oksydacyjno-redukujące wymagają utleniaczy i reduktorów. Istnieją pewne związki chemiczne , które mogą uczestniczyć w obu rodzajach reakcji chemicznych , podczas gdy inna grupa związków może uczestniczyć tylko w jednej z nich. Przykładem związków chemicznych należących do tej drugiej grupy są kwasy nieutleniające.

Aby zrozumieć, co to znaczy, że substancja jest kwasem nieutleniającym, musimy najpierw zrozumieć, co to jest kwas, a co utleniacz.

Co to jest kwas?

Istnieje kilka różnych koncepcji kwasów i zasad. Z punktu widzenia teorii kwasowo-zasadowej Arrheniusa kwas to substancja zdolna do jonizacji w roztworze wodnym, uwalniając do roztworu jony H ^{+ (protony).} Z punktu widzenia teorii Brønsteda i Lowry’ego kwasy to substancje zdolne do oddania protonu zasadzie; podczas gdy teoria Lewisa definiuje kwasy jako związki chemiczne z niedoborem elektronów, zdolne do przyjmowania pary elektronów w wiązaniu kowalencyjnym celownika.

Ze wszystkich definicji definicja Lewisa jest najszersza i obejmuje wszystkie substancje, które znamy jako kwasy. Koncepcja zakłada, że ​​aby substancja działała jak kwas, musi reagować z inną, która działa jak zasada.

Co to jest środek utleniający?

Utleniacze to substancje zdolne do usunięcia jednego lub więcej elektronów z innej substancji chemicznej. Podczas procesu utleniacz ulega redukcji, podczas gdy druga substancja (zwana reduktorem) ulega utlenieniu. Innymi słowy, utleniacze to substancje zdolne do utleniania innych substancji i właśnie z tej zdolności biorą swoją nazwę.

Główną cechą dobrego utleniacza jest to, że ma on wysoki potencjał redukujący. Wskazuje to, że mają one silną tendencję do redukcji, co z kolei implikuje, że mają dużą zdolność utleniania innych gatunków.

Co to jest kwas nieutleniający?

Na podstawie poprzednich koncepcji możemy ustalić ogólną definicję tego, czym jest kwas nieutleniający . W tym sensie możemy powiedzieć, że kwas nieutleniający to dowolna substancja chemiczna zdolna do oddania protonu innej lub zdolna do przyjęcia pary elektronów w postaci wiązania kowalencyjnego celownika, ale która nie ma tendencji do redukcji lub utleniać się do innych związków chemicznych . Innymi słowy, kwas nieutleniający to kwas o stosunkowo niskim potencjale redukcyjnym.

Należy uważać na tę definicję, ponieważ może ona wprowadzać w błąd. Wszystkie kwasy Arrheniusa lub Brønsteda i Lowry’ego wytwarzają protony lub jony H ⁺i można je zredukować do wodoru cząsteczkowego, działając w ten sposób jako środki utleniające. Z tego punktu widzenia moglibyśmy wtedy powiedzieć, że wszystkie kwasy Arrheniusa lub Brønsteda i Lowry’ego są kwasami utleniającymi. Jednak nie uważa się tego za takie. Aby uniknąć nieporozumień, za kwasy utleniające uważa się te, które w roztworze wytwarzają pewne związki, których potencjał redukcyjny jest większy niż potencjał wodoru. Ponieważ potencjały redukcyjne są mierzone w odniesieniu do standardowej elektrody wodorowej, której z definicji przypisuje się wartość zero, pojęcie utleniacza jest reinterpretowane jako substancja o dodatnim potencjale redukcyjnym.

Możemy zatem zdefiniować kwas nieutleniający jako dowolną substancję chemiczną zdolną do oddania protonu innej lub zdolną do przyjęcia pary elektronów w postaci celowniczego wiązania kowalencyjnego, która nie generuje żadnych form z dodatnim lub ujemny potencjał redukcyjny większy niż wodoru .

Charakterystyka kwasów nieutleniających

Kwasy nieutleniające mają ogólną charakterystykę kwasów, a niektóre inne czynią je nieutleniającymi. Te cechy to:

• Są to substancje o kwaśnym smaku.
• Na ogół są rozpuszczalne w wodzie.
• Wytwarzają roztwory wodne o kwaśnym pH (poniżej 7).
• Mogą to być zarówno mocne, jak i słabe kwasy.
• Nie mają tendencji do zbierania elektronów ani kurczenia się.
• Nie generują jonów o potencjale redukcyjnym większym lub równym zeru.
• Niełatwo je zredukować.
• Mogą działać żrąco i drażniąco na skórę i inne tkanki organiczne.
• Mogą reagować z aktywnymi metalami, tworząc gazowy wodór.

Dlaczego niektóre kwasy utleniają się, a inne nie?

Powodem, dla którego istnieją kwasy utleniające i kwasy nieutleniające, jest po prostu to, że kwasowość i potencjał redukujący niekoniecznie są ze sobą powiązane. Kwasowość jest funkcją stabilności kwasu w stosunku do stabilności jego sprzężonej zasady. Substancje, które są silnie kwaśne, albo mają wysoce niestabilną strukturę, która stabilizuje się po przekształceniu w sprzężoną zasadę, albo tworzą sprzężone zasady, które są szczególnie stabilne; lub oba mogą również wystąpić w tym samym czasie.

Zamiast tego zdolność substancji do zachowywania się jak środek utleniający zależy od potencjału redukcyjnego i stabilności zredukowanej formy, która różni się od sprzężonej zasady.

Dwa ilustrujące przykłady różnicy między kwasami utleniającymi i nieutleniającymi

Wiele kwasów mineralnych to mocne kwasy, a jednocześnie dobre utleniacze. Typowym przykładem jest kwas azotowy (HNO ₃ ), który po dysocjacji w wodzie wytwarza jony azotanowe (NO ₃ ^– ), które można łatwo zredukować do tlenku azotu (NO). Azotan jest dobrym utleniaczem, ponieważ ma dodatni potencjał redukcyjny +1,10 V, który jest stosunkowo wysoki.

Powodem, dla którego azotan jest dobrym środkiem utleniającym, jest to, że we wszystkich stabilnych strukturach rezonansowych dla tego jonu centralny atom azotu ma dodatni ładunek formalny, pomimo faktu, że azot jest pierwiastkiem wysoce elektroujemnym. To sprawia, że ​​azot ma silną tendencję do wychwytywania elektronów i redukcji.

Kontrastuje to z kwasem chlorowodorowym (HCl), który jest również silnym kwasem mineralnym , ale nie jest środkiem utleniającym. Sprzężona zasada kwasu chlorowodorowego, czyli jon chlorkowy (Cl ^– ) ma swój pełny oktet, a także posiada ładunek ujemny na silnie elektroujemnym atomie, co jest sytuacją idealną. W rzeczywistości chlor nie może zostać zredukowany poza jon chlorkowy, więc HCl nie może działać jako środek utleniający (chyba że utleniaczem jest H+, ^ale jak widzieliśmy wcześniej, H+ się nie liczy).

Przykłady kwasów nieutleniających

Istnieje wiele kwasów nieutleniających. Większość kwasów organicznych jest nieutleniających, podczas gdy wszystkie wodorokwasy są również nieutleniające. Poniżej znajduje się lista 13 nieutleniających kwasów powszechnie stosowanych w laboratorium.

Bibliografia

Chemikalia CAMEO. (nd). Kwasy, Mocne Nieutleniające . KAMEA. https://cameochemicals.noaa.gov/react/1

Chang, R. (2008). Chemia fizyczna dla nauk chemicznych i biologicznych (wyd. 3). EDUKACJA MCGRAW HILL.

M Olmo, RN (nd). Potencjały utleniająco-redukcyjne . Hiperfizyka. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Chemical/redoxp.html

Instytut Technologii w New Jersey. (nd). Kwasy (nieutleniające) . NJIT.EDU. https://www.njit.edu/environmentalsafety/sites/njit.edu.environmentalsafety/files/Acids_%28Non-Oxidizing%292-fillable-logoFix_0.pdf

Reakcja kwasowo-zasadowa | Jasna definicja . (2016, 11 maja). i-sciences.com. https://www.i-ciencias.com/pregunta/46889/definicion-clara-de-un-quotacido-no-oxidantequot

Znaczenia (2015, 30 stycznia). Znaczenie utleniacza . Znaczenia. https://www.meanings.com/oxidant/

Teoria kwasów i zasad Arrheniusa . (2015, 21 maja). Chemikalia.Net. https://www.quimicas.net/2015/05/arrhenius-theory-of-acids-y-bases.html