Fő tartalom

Arrhenius savak és bázisok

Az Arrhenius savak és bázisok definíciója és az Arrhenius-féle sav-bázis reakciók.

Főbb pontok

Az Arrhenius savak olyan anyagok, amelyek vizes oldatban megnövelik a $H^{+}$ ‍-ionok koncentrációját.
Az Arrhenius bázisok olyan anyagok, amelyek vizes oldatban megnövelik a ${OH}^{-}$ ‍-ionok koncentrációját.
Vizes oldatban a $H^{+}$ ‍-ionok azonnal reagálnak a vízmolekulákkal, ily módon oxóniumiont $(H_{3} O^{+})$ ‍ képezve.
A sav-bázis vagy közömbösítési reakciók során az Arrhenius savak és bázisok víz- és sóképződés közben reagálnak egymással.

Bevezetés

A konyhában megtalálható ecettől kezdve a fürdőszobában fellelhető szappanig, a savak és bázisok mindenütt jelen vannak. De mit jelent az, hogy valami savas vagy bázikus? Ahhoz, hogy megválaszolhassuk ezt a kérdést, meg kell vizsgálnunk néhány sav-bázis elméletet. Ebben a leckében az Arrhenius-féle elmélettel foglalkozunk.

Arrhenius savak

Az Arrhennius-féle sav-bázis elméletet 1884-ben Svante Arrhenius svéd kémikus vezette be. Azt javasolta, hogy egyes vegyületeket tekintsék savnak vagy bázisnak, attól függően, hogy a vízben való oldásukkor milyen ionok keletkeznek.

Arrhenius sav minden olyan vegyület, amely vizes oldatban megnöveli a

H^{+}

-ionok – vagy protonok – koncentrációját. Vegyük például a hidrogén-klorid (

HCl

) disszociációját vízben:

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

Amikor hidrogén-kloridból (

H Cl

) vizes oldatot készítünk,

H^{+}

- és

{Cl}^{-}

-ionokra disszociál. Mivel ennek eredményeként megnő az oldatban a

H^{+}

-ionok koncentrációja, a hidrogén-klorid Arrhenius sav.

Hidrogén- vagy oxóniumionok?

Tételezzük fel, hogy hidrogén-bromidból (

HBr

), amely Arrhenius sav,

2 M

koncentrációjú vizes oldatot készítettünk. Ez azt jelenti-e, hogy az oldatban a

H^{+}

-ionok koncentrációja

2 M

Nem. A pozitív töltésű hidrogénionok a környező vízmolekulákkal reagálva oxóniumiont

(H_{3} O^{+})

képeznek. Ez a reakció a következőképpen írható fel:

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

Bár gyakran úgy írjuk fel a savak disszociációját, hogy

H^{+} (a q)

-ionok keletkeznek, nincsenek szabadon úszkáló

H^{+}

-ionok a vizes oldatokban. Ehelyett elsősorban

H_{3} O^{+}

-ionok vannak, amelyek egyből létrejönnek, amikor a sav a vízben disszociál. A következő képen molekulamodell segítségével szemléltetjük az oxóniumion vízből és hidrogénionból történő képződését:

A gyakorlatban a legtöbb kémikus egymás szinonimájaként használja a

H^{+}

- és a

H_{3} O^{+}

-koncentrációt. Ha precízebbek szeretnénk lenni – és kevésbé lusták –, akkor felírhatjuk a hidrogén-bromid disszociációját úgy, hogy egyértelműen látsszon, oxóniumion keletkezik, nem pedig hidrogénion:

\begin{aligned} HBr (a q) + H_{2} O (f) & \to H_{3} O^{+} (a q) + {Br}^{-} (a q) Precízebb felírás \\ ezzel szemben \\ HBr (a q) & \to H^{+} (a q) + {Br}^{-} (a q) Rövidebb és könnyebb így írni! \end{aligned}

Általában mindkét felírásmód elfogadott az Arrhenius savak disszociációjának megadására.

Arrhenius bázisok

Arrhenius bázis minden olyan vegyület, amely vizes oldatban megnöveli a hidroxidionok

({OH}^{-})

koncentrációját. Arrhenius bázis például a jól oldódó nátrium-hidroxid

(NaOH)

. A nátrium-hidroxid vízben oldva a következőképpen disszociál:

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

Vízben a nátrium-hidroxid teljes mértékben

{OH}^{-}

- és

{Na}^{+}

-ionokra disszociál, aminek eredményeként megnő a hidroxidionok koncentrációja. Ezért a

NaOH

Arrhenius bázis. Közismert Arrhenius bázisok az 1. és 2. főcsoportbeli elemek hidroxidjai, például a

LiOH

és a

{Ba(OH)}_{2}

[Várj csak, nem oldhatatlan a legtöbb fém-hidroxid?]

Ne feledd, hogy attól függően, hányadik osztályba jársz – vagy milyen tankönyved, tanárod van – a hidroxidiont nem tartalmazó bázisokat vagy Arrhenius bázisnak tekintik, vagy nem. Vannak olyan tankönyvek, melyek szigorúbban definiálják az Arrhenius bázisokat: olyan anyagok, amelyek vizes oldatban megnövelik a

{OH}^{-}

-ionok koncentrációját, és képletükben legalább egy

{OH}^{-}

-egység található. Noha ez nem befolyásolja az 1. és 2. főcsoportbeli elemek hidroxidjainak besorolását, olyan vegyületek esetén viszont nem egyértelmű, mint például a metil-amin

({CH}_{3} {NH}_{2})

A metil-amin vízben való oldásakor a következő reakció játszódik le:

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

Az első definíció alapján a metil-amin Arrhenius bázis lenne, mert a

{OH}^{-}

-ionok koncentrációja növekszik az oldatban. A második definíció szerint azonban nem tartozna az Arrhenius bázisok közé, mivel a képletében nem található hidroxid.

Sav-bázis reakciók: Arrhenius sav + Arrhenius bázis = víz + só

Ha Arrhenius sav Arrhenius bázissal reagál, általában víz és só keletkezik. Ezeket a reakciókat néha közömbösítési reakcióknak is nevezik. Mi történik például, ha hidrogén-fluorid (

HF

) és lítium-hidroxid (

LiOH

) vizes oldatát összeöntjük?

Ha a sav és a bázis oldatát külön-külön vesszük figyelembe, akkor a következőket tudjuk:

Az Arrhenius savak növelik a $H^{+} (a q)$ ‍-ionok koncentrációját.

H F (a q) ⇌ H^{+} (a q) + F^{-} (a q)

Az Arrhenius bázisok növelik a ${OH}^{-} (a q)$ ‍-ionok koncentrációját:

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

Ha a sav és a bázis reagál reagál egymással az oldatban, akkor a hidrogén- és a hidroxidionok közötti reakcióban

H_{2} O

képződik, míg a többi ion a

LiF (a q)

sót hozza létre:

\begin{aligned} H^{+} (a q) + {OH}^{-} (a q) & \to H_{2} O (f) & vízképződés \\ {Li}^{+} (a q) + F^{-} (a q) & \to LiF (a q) & sóképződés \end{aligned}

Ha a vízképződés és a sóképződés reakcióegyenletét összeadjuk, akkor megkapjuk a hidrogén-fluorid és a lítium-hidroxid közötti teljes közömbösítési egyenletet:

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

Az Arrhenius-féle elmélet korlátjai

Az Arrhenius-féle elméletet behatárolja, hogy a sav-bázis folyamatokat csak vizes oldatban tudja leírni. Hasonló reakciók játszódhatnak le azonban nemvizes oldószerekben, valamint gázfázisban levő molekulák között is. Ennek eredményeként napjaink kémikusai általában jobban kedvelik a Brönsted-Lowry-féle elméletet, amely a kémiai reakciók szélesebb tartományában használható. A Brönsted-Lowry-féle sav-bázis elméletet külön tananyagban fogjuk tárgyalni.

Összefoglalás

Az Arrhenius savak olyan anyagok, amelyek vizes oldatban megnövelik a $H^{+}$ ‍-ionok koncentrációját.
Az Arrhenius bázisok olyan anyagok, amelyek vizes oldatban megnövelik a ${OH}^{-}$ ‍-ionok koncentrációját.
Vizes oldatban a $H^{+}$ ‍-ionok azonnal reagálnak a vízmolekulákkal, ily módon oxóniumiont $(H_{3} O^{+})$ ‍ képezve.
A sav-bázis vagy közömbösítési reakciók során az Arrhenius savak és bázisok általában víz- és sóképződés közben reagálnak egymással.