Reakcje kwasów i zasad

1. Reakcje kwaów i zasad to reakcje zobojętniania

Nazwa zobojętnianie wywodzi się z odczynu (pH[1]) roztworu. Skoro łączymy kwas z zasadą, to łączymy ze sobą coś kwasowego (kwaśny odczyn) i coś zasadowego (zasadowy odczyn), a więc coś co nam powstaje będzie miało odczyn obojętny[2]. Taką reakcję nazywamy także neutralizacją. Ogólny schemat reakcji wygląda następująco :

kwas + zasada ⟶ sól + H2O

Bardzo istotna jest umiejętność zapisania powyższej reakcji w formie jonowej skróconej. Jak już wiemy, przedstawia ona esencję reakcji, a więc to co jest najważniejsze. Przykładowo nie interesuje mnie to, że zagotowałeś mleko, wsypałeś proszek, zacząłeś mieszać i trochę znowu gotować, tylko interesuje mnie to, że… zrobiłeś budyń! To jest właśnie różnica pomiędzy zapisem jonowym skróconym, a cząsteczkowym.

W reakcji zobojętnienia liczy się to, że dodaję coś kwasowego (co ma jon H+) z czymś zasadowym (typowo, coś co ma OH) i powstaje mi coś obojętnego, czyli H2O.

Zapis cząsteczkowyZapis jonowy skrócony
Gotuję mleko, wsypuję proszek,
mieszam, dalej gotuję,
wylewam do miski.
Zrobiłem budyń – smacznego!
HCl + NaOH ⟶ NaCl + H2OH+ + OH ⟶ H2O
Porównanie zapisu jonowego skróconego z zapisem cząsteczkowym.

Ja doskonale wiem, że Wy prawdopodobnie nie lubicie zapisu jonowego skróconego, bo ja sam też go nie lubiłem. To chyba jest tak jak ze smakami niektórych rzeczy, jak whisky, że trzeba do tego ,,dorosnąć”. Nie musisz jednak czekać parę lat (jak z whisky) – wystarczy ćwiczyć, ćwiczyć, ćwiczyć (i tej rady nie przenoś akurat do degustacji whisky)!

2. Mocny kwas + mocna zasada

To najprostszy przypadek z jakim możemy mieć do czynienia. Zróbmy go na dwóch przykładach :

HClO4 + KOH ⟶ KClO4 + H2O

Zapis cząsteczkowyHClO4 + KOH ⟶ KClO4 + H2O
Zapis jonowy (H+ + ClO4) + (K+ + OH) ⟶ (K+ + ClO4) + H2O*
Zapis jonowy
skrócony
H+ + OH ⟶ H2O
Różny sposób zapisu reakcji zobojętnienia

2HNO3 + Ba(OH)2 ⟶ Ba(NO3)2 + 2H2O

Zapis cząsteczkowy2HNO3 + Ba(OH)2 ⟶ Ba(NO3)2 + 2H2O
Zapis jonowy (2H+ + 2NO3)+ (Ba2+ + 2OH) ⟶ (Ba2+ + 2NO3) + 2H2O
Zapis jonowy
skrócony
2H+ + 2OH ⟶ 2H2O*
co skracamy do :
H+ + OH ⟶ H2O
Różny sposób zapisu reakcji zobojętnienia

*Komentarz co do zapisu jonowego – woda nie dysocjuje (lub dysocjuje w bardzo słabym stopniu), zatem nie rozpisujemy jej na jony w zapisie jonowym.

3. Słaby kwas + mocna zasada

Zareagujmy ze sobą słaby kwas fluorowodorowy z wodorotlenkiem sodu, który jest oczywiście mocną zasadą :

HF + NaOH ⟶ NaF + H2O

Zapis cząsteczkowyHF + NaOH ⟶ NaF + H2O
Zapis jonowy HF + (Na+ + OH) ⟶ (Na+ + F) + H2O*
Zapis jonowy
skrócony
HF + OH ⟶ F + H2O
Różny sposób zapisu reakcji zobojętnienia

*Komentarz co do zapisu jonowego – woda nie dysocjuje (lub dysocjuje w bardzo słabym stopniu), zatem nie rozpisujemy jej na jony w zapisie jonowym. Podobnie postępujemy ze słabym kwasem, czyli HF − również nie rozpisujemy go na jony.

4. Mocny kwas + słaba zasada

Zmieszajmy ze sobą mocny kwas solny i słabą zasadę w postaci amoniaku :

HCl + NH3 ⟶ NH4Cl

Zapis cząsteczkowyHCl + NH3 ⟶ NH4Cl
Zapis jonowy (H+ + Cl) + NH3 ⟶ (NH4+ + Cl)
Zapis jonowy
skrócony
H+ + NH3 ⟶ NH4+
Nie każda reakcja zobojętnienia musi się wiązać z powstawaniem wody!

Mamy wreszcie jakiś wyjątek − nie wszystkie reakcje zobojętnienia będą wiązały się z powstawaniem wody. Zwróć uwagę natomiast, że zapis jonowy skrócony naprawdę fajnie pokazuje tutaj co jest kwasem, a co jest zasadą. Inaczej mówiąc, widać, że amoniak przyjmuje proton i jest zasadą Bronsteda.

*Komentarz co do zapisu jonowego – amoniak jako słaba zasada nie dysocjuje i dlatego nie rozpisujemy go na jony.

5. Słaby kwas + słaba zasada

I ostatni przypadek, który nam został to połączenie dwóch słabych elektrolitów :

HF + NH3 ⟶ NH4Cl

Zapis cząsteczkowyHF + NH3 ⟶ NH4Cl
Zapis jonowy HF + NH3 ⟶ NH4+ + F
Zapis jonowy
skrócony
HF + NH3 ⟶ NH4+ + F
Nie każda reakcja zobojętnienia musi się wiązać z powstawaniem wody!

*Komentarz co do zapisu jonowego – tutaj jedynym związkiem, który będzie dysocjować jest powstała sól.

6. Kwas + zasada, która jest nierozpuszczalna

To oczywiście sztucznie wyodrębniony przypadek, bo reakcja niczym się tutaj specjalnym nie wyróżnia. Będziemy zatem roztwarzać osad (trudnorozpuszczalny wodorotlenek) w kwasie. Zatem, aby opracowanie było kompletne, to użyjemy zarówno mocnego jak i słabego kwasu. Pamiętaj, aby korzystać z tabeli rozpuszczalności!

Rozpatrzymy reakcję wodorotlenku magnezu z mocnym kwasem solnym oraz słabym kwasem fluorowodorowym :

Zapis cząsteczkowyMg(OH)2 + 2HCl ⟶ MgCl2 + 2H2O
Zapis jonowy Mg(OH)2 + (2H+ + 2Cl) ⟶ (Mg2+ + 2Cl) + 2H2O*
Zapis jonowy
skrócony
Mg(OH)2 + 2H+ ⟶ Mg2+ + 2H2O
Rozpuszczanie wodorotlenku trudnorozpuszczalnego w mocnym kwasie

*Komentarz co do zapisu jonowego – wodorotlenku magnezu nie rozpisujemy na jony, ponieważ jest on trudnorozpuszczalny (nie dysocjuje).

Zapis cząsteczkowyMg(OH)2 + 2HF ⟶ MgF2 + 2H2O
Zapis jonowy Mg(OH)2 + 2HF ⟶ (Mg2+ + 2F) + 2H2O*
Zapis jonowy
skrócony
Mg(OH)2 + 2HF ⟶ (Mg2+ + 2F) + 2H2O
Rozpuszczanie wodorotlenku trudnorozpuszczalnego w słabym kwasie

*Komentarz co do zapisu jonowego – wodorotlenku magnezu nie rozpisujemy, podobnie jak słabego kwasu HF.

7. W niektórych reakcjach kwas + zasada wydziela się gaz

To jest bardzo ważny moment, bardzo lubią się na maturze pojawiać właśnie te reakcje!

Klasycznym przykładem jest reakcja węglanu wapnia z kwasem solnym. Jak najbardziej naturalne może wydawać Ci się, że powinniśmy zapisać ją w następujący sposób :

CaCO3 + 2HCl ⟶ CaCl2 + H2CO3

I faktycznie tak powinna przebiegać ta reakcja, po prostu okazuje się, że kwas węglowy jest bardzo nietrwały i ulega on reakcji rozkładu do H2O + CO2. Być może już to wiedziałeś, dlatego spróbuję zaciekawić Cię tym, że nawet da się to wyjaśnić[3] ! W rzeczywistości reakcja biegnie tak :

CaCO3 + 2HCl ⟶ CaCl2 + CO2 + H2O

Dla Twojej wygody, podsumujemy wszystkie takie ,,wyjątki”, które musisz znać, a które lubią się pojawiać w maturalnych zadaniach :

Anion obecny
w związku
Reakcja w formie jonowej skróconejWydzielający się gaz
CO32ーCO32ー + 2H+ ⟶ (H2CO3) ⟶ CO2 + H2OCO2
HCO3HCO3 + H+ ⟶ (H2CO3) ⟶ CO2 ↑ + H2OCO2
SO32ーSO32ー + 2H+ ⟶ (H2SO3) ⟶ SO2↑+ H2OSO2
HSO3HSO3 + H+ ⟶ (H2SO3) ⟶ SO2 ↑ + H2OSO2
CNCN + H+HCN HCN
S2ーS2ー + 2H+H2SH2S
Wkurzające ,,wyjątki” przy zapisywaniu produktów reakcji danych związków z kwasami.

Jeszcze mamy jeden wyjątek, kiedy dodajemy wodorotlenek do związku, który zawiera jon amonowy! Związek jak ,,wodorotlenek amonu” nie istnieje i należy go rozbić w analogiczny sposób jak rozbijaliśmy kwas węglowy.

Kation obecny
w związku
Reakcja w formie jonowej skróconejWydzielający się gaz
NH4+NH4+ + OH NH3 ↑ + H2ONH3
Wkurzający ,,wyjątek” przy zapisywaniu produktów reakcji danych związków z zasadami.

[1] pH mówi nam o tym jak dużo roztworze jest jonów wodorowych, o czym niedługo się dokładnie nauczymy. Można też powiedzieć, że jest ona miarą kwasowości danego związku.

Jeśli pH jest niskie, to roztwór jest kwasowy. Jeśli pH jest wysokie, to roztwór jest zasadowy.

[2] Nie jest to oczywiście aż tak proste, bo zależy to od ilości kwasu i zasady, które ze sobą łączymy. Zależy to także od tego jakie kwasy i zasady mieszamy ze sobą.

[3] Kluczem do zrozumienia jest tutaj reguła przekory (inaczej : Le Chateliera-Brauna). Weźmy dwie reakcje :

CaCO3 + 2HCl ⟶ CaCl2 + CO2 + H2O

Ca(NO3)2 + 2HCl ⟶ CaCl2 + 2HNO3

Dlaczego pierwsza reakcja przebiega z utworzeniem CO2 + H2O zamiast kwasu H2CO3, a druga odwrotnie z utworzeniem HNO3 zamiast NO2 + H2O ?

Główną przyczyną jest to, że CO2 jest bardzo słabo rozpuszczalny w wodzie. Co to oznacza? A no to, że w 1 litrze (1000 ml) wody rozpuści się zaledwie 1,5 g CO2. To żałośnie mało! Zatem CO2, zamiast zostać w tej wodzie, to wydziela się z roztworu w formie gazu (w temperaturze pokojowe dwutlenek węgla jest normalnie gazem).

Z reguły przekory wiemy, że jeśli wydziela się gaz po stronie produktów, to mocno pcha to reakcję w prawą stronę.

Leave a Reply

%d bloggers like this: