Reakcja kwasowo-zasadowa, rodzaj procesu chemicznego charakteryzującego się wymianą jednego lub więcej jonów wodorowych, H+, pomiędzy gatunkami, które mogą być obojętne (cząsteczki, takie jak woda, H2O; lub kwas octowy, CH3CO2H) lub naładowane elektrycznie (jony, takie jak amonowy, NH4+; wodorotlenek, OH-; lub węglan, CO32-). Obejmuje również analogiczne zachowanie cząsteczek i jonów, które są kwaśne, ale nie oddają jonów wodorowych (chlorek glinu, AlCl3, i jon srebra AG+).
Martin Walker
Co to są kwasy i zasady?
Kwasy to substancje zawierające jeden lub więcej atomów wodoru, które w roztworze są uwalniane jako dodatnio naładowane jony wodorowe. Kwas w roztworze wodnym ma kwaśny smak, zmienia barwę niebieskiego papierka lakmusowego na czerwoną, reaguje z niektórymi metalami (np. żelazem) uwalniając wodór, reaguje z zasadami tworząc sole i wspomaga niektóre reakcje chemiczne (kataliza kwasowa). Zasady to substancje, które mają gorzki smak i zmieniają kolor czerwonego papierka lakmusowego na niebieski. Zasady reagują z kwasami tworząc sole i wspomagają niektóre reakcje chemiczne (kataliza zasadowa).
Jak mierzy się kwasy i zasady?
Kwasy i zasady mają przypisaną wartość pomiędzy 0 a 14, wartość pH, zgodnie z ich względną siłą. Czysta woda, która jest obojętna, ma pH 7. Roztwór o pH mniejszym niż 7 jest uważany za kwaśny, a roztwór o pH większym niż 7 jest uważany za zasadowy lub alkaliczny. Mocne kwasy mają wyższe stężenie jonów wodorowych i przypisuje im się wartości bliższe 0. I odwrotnie, mocne zasady mają wyższe stężenie jonów wodorotlenkowych i przypisuje im się wartości bliższe 14. Słabsze kwasy i zasady są bliższe wartości pH równej 7 niż ich mocniejsze odpowiedniki.
Co się dzieje podczas reakcji kwasowo-zasadowej?
Reakcja kwasowo-zasadowa to rodzaj reakcji chemicznej, która obejmuje wymianę jednego lub więcej jonów wodorowych, H+, między gatunkami, które mogą być obojętne (cząsteczki, takie jak woda, H2O) lub naładowane elektrycznie (jony, takie jak amonowy, NH4+; wodorotlenek, OH-; lub węglan, CO32-). Obejmuje również podobne procesy, które zachodzą w cząsteczkach i jonach, które są kwaśne, ale nie oddają jonów wodorowych.
Jak kwasy i zasady neutralizują się nawzajem (lub znoszą się nawzajem)?
Różne reakcje dają różne wyniki. Reakcje pomiędzy mocnymi kwasami i mocnymi zasadami rozkładają się bardziej całkowicie na jony wodorowe (protony, dodatnio naładowane jony) i aniony (ujemnie naładowane jony) w wodzie. W przypadku słabego kwasu i słabej zasady, neutralizacja jest raczej uważana za bezpośrednie przeniesienie protonu z kwasu do zasady. Jeśli jeden z reagentów jest obecny w dużym nadmiarze, w wyniku reakcji może powstać sól (lub jej roztwór), która może mieć odczyn kwaśny, zasadowy lub obojętny, w zależności od siły reagujących ze sobą kwasów i zasad.
Kwasy to związki chemiczne, które w roztworze wodnym wykazują ostry smak, działanie żrące na metale i zdolność do zmiany niektórych niebieskich barwników roślinnych na czerwone. Zasady to związki chemiczne, które w roztworze wodnym są mydlane w dotyku i powodują, że czerwone barwniki roślinne stają się niebieskie. Po zmieszaniu, kwasy i zasady neutralizują się wzajemnie i wytwarzają sole, substancje o słonym smaku i żadnych charakterystycznych właściwości kwasów lub zasad.
Pomysł, że niektóre substancje są kwasami, podczas gdy inne są zasadami, jest prawie tak stary jak chemia, a terminy kwas, zasada i sól pojawiają się bardzo wcześnie w pismach średniowiecznych alchemików. Kwasy były prawdopodobnie pierwszymi z nich, które zostały rozpoznane, najwyraźniej z powodu ich kwaśnego smaku. Angielskie słowo acid, francuskie acide, niemieckie Säure i rosyjskie kislota pochodzą od słów oznaczających kwaśny (łac. acidus, niemieckie sauer, staronordyckie sūur i rosyjskie kisly). Inne właściwości związane z kwasami to ich działanie rozpuszczające lub żrące, ich wpływ na barwniki roślinne oraz musowanie, które pojawiało się po nałożeniu ich na kredę (wytwarzanie pęcherzyków dwutlenku węgla). Zasady (lub alkalia) charakteryzowały się głównie zdolnością do neutralizowania kwasów i tworzenia soli, przy czym te ostatnie były określane raczej luźno jako substancje krystaliczne rozpuszczalne w wodzie i mające słony smak.
Pomimo swojej nieprecyzyjnej natury, idee te służyły do korelacji znacznego zakresu obserwacji jakościowych, a wiele z najczęstszych materiałów chemicznych, z którymi zetknęli się pierwsi chemicy, można było sklasyfikować jako kwasy (kwas solny, siarkowy, azotowy i węglowy), zasady (soda, potaż, wapno, amoniak) lub sole (sól kuchenna, sól amoniakalna, saletra, ałun, boraks). Brak widocznych fizycznych podstaw tych zjawisk utrudniał ilościowy postęp w zrozumieniu zachowań kwasowo-zasadowych, ale zdolność stałej ilości kwasu do neutralizacji stałej ilości zasady była jednym z najwcześniejszych przykładów równoważności chemicznej: idei, że pewna miara jednej substancji jest w pewnym sensie chemicznie równa innej ilości drugiej substancji. Ponadto dość wcześnie odkryto, że jeden kwas może zostać wyparty z soli przez inny kwas, co umożliwiło ułożenie kwasów w przybliżonej kolejności według siły działania. Wkrótce okazało się również, że wiele z tych przesunięć może zachodzić w obu kierunkach, w zależności od warunków eksperymentalnych. Zjawisko to sugerowało, że reakcje kwasowo-zasadowe są odwracalne – to znaczy, że produkty reakcji mogą oddziaływać ze sobą w celu regeneracji materiału wyjściowego. Wprowadziło to również pojęcie równowagi do chemii kwasowo-zasadowej: koncepcja ta mówi, że odwracalne reakcje chemiczne osiągają punkt równowagi lub równowagi, w którym materiały wyjściowe i produkty są regenerowane przez jedną z dwóch reakcji tak szybko, jak są zużywane przez drugą.
Oprócz ich teoretycznego zainteresowania, kwasy i zasady odgrywają dużą rolę w chemii przemysłowej i w życiu codziennym. Kwas siarkowy i wodorotlenek sodu należą do produktów wytwarzanych w największych ilościach przez przemysł chemiczny, a duży odsetek procesów chemicznych wykorzystuje kwasy lub zasady jako reagenty lub katalizatory. Prawie każdy biologiczny proces chemiczny jest ściśle związany z równowagą kwasowo-zasadową w komórce lub w organizmie jako całości, a kwasowość lub zasadowość gleby i wody mają ogromne znaczenie dla roślin i zwierząt w nich żyjących. Zarówno idee, jak i terminologia chemii kwasowo-zasadowej przeniknęły do życia codziennego, a termin sól jest szczególnie powszechny.