Реакція нейтралізації — визначення, рівняння, приклади

Хімічний процес, при якому кислота і луг утворюють воду і сіль, називається реакцією нейтралізації.

Реагувати між собою можуть сильні і слабкі речовини. При цьому виділяється теплова енергія. Ці властивості хімічних речовин знайшли практичне застосування у:

• фармакології;
• медицині;
• промисловості.

Загальні принципи

Сутність реакції нейтралізації полягає в тому, що кислота і основа вступають у взаємодію. Вони обмінюються активними компонентами. Відбувається нейтралізація обох складових. У підсумку виходить вода і сіль, що мають нейтральну реакцію середовища.

Загальний принцип взаємодії виглядає наступним чином: кислота з’єднується з основою, обмінюється активними компонентами, в результаті чого виходить нейтральна сіль і вода.

Найпростішим прикладом реакції нейтралізації може стати взаємодія гідроксиду натрію з соляною кислотою. Формула представлена так:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Перед з’єднанням цих речовин можна перевірити їх реакцію за допомогою лакмусового паперу:

• У присутність соляної кислоти лакмус забарвиться в червоний колір.
• У лужному розчині гідроксиду натрію – в синій.

Після змішування розчинів папірець покаже нейтральну реакцію, тобто буде фіолетовим.
Іонне рівняння нейтралізації виглядає так:

H⁺ + OH^– → H₂O

Якщо отриманий розчин нагріти, вода поступово випарується. У колбі залишиться осад – кухонна сіль (хлорид натрію).

Щоб краще зрозуміти, що таке реакція нейтралізації в хімії, важливо пам’ятати, що 2 складні речовини обмінюються між собою частинами. У підсумку утворюється 2 нових складних компонентів. Таким чином, нейтралізація – це окремий випадок великої групи реакцій обміну.

Деякі основи не розчиняються у воді, але добре розчиняються в кислотах. В результаті взаємодії теж утворюється вода і сіль. Прикладом може бути реакція між нерозчинним гідроксидом міді і сірчаною кислотою. У підсумку утворюється мідний купорос і вода.

Види реакції

Процес хімічної нейтралізації може відбуватися між речовинами з різною активністю: сильною кислотою і такою ж основою або між слабкою кислотою і сильною основою. У хімії виділяють 2 типи реакції:

• Незворотні – отримані речовини не розпадаються, тобто реакція протікає в 1 сторону. Зазвичай так протікає реакція сильної кислоти і сильної основи.
• Оборотні – протікають в обидві сторони. Тобто сіль може розпадатися і знову утворюватися кислота і основа. Спостерігається такий тип реакції, якщо слабкий компонент зустрічається з сильним.

Реакції нейтралізації належать до розряду екзотермічних. При взаємодії виділяється багато енергії у вигляді тепла. Кількість виділеної енергії – відносний показник, який отримав назву теплового ефекту хімічної реакції.

Міра енергії, накопиченої речовиною при утворенні, називається ентальпією. В екзотермічних реакціях значення ентальпії завжди буває негативним.

Назви солей

Всі міжнародні хімічні назви солей, отримані в результаті нейтралізації, будуються за єдиним принципом і складаються з двох слів. Перше слово – це найменування кислотного залишку. Воно є похідним від латинської назви кислоти:

• сірчаної — сульфат;
• азотної — нітрат;
• соляної — хлорид;
• фосфорної — фосфат та ін.

Друге слово в назві солі – це найменування металу. У деяких елементів періодичної таблиці валентність змінюється. У цьому випадку вона вказується в дужках.

Як приклад можна привести назви солей:

• фосфат калію — K₃PO₄;
• сульфат міді — CuSO₄;
• нітрат натрію — NaNO₃.

Це твердження вірне і для зворотної ситуації – за назвою солі можна визначити її хімічну формулу. Спочатку записується символ, яким метал позначається в періодичній таблиці. Потім додається формула кислотного залишку.

Наступний крок – визначення валентності обох частин. Тепер потрібно знайти для них найменше спільне кратне і розділити його на валентність кожної частини солі. Значить, в результаті виходить кількість атомів металу у формулі і кількість кислотних залишків.

Кислотний залишок може мати складну структуру і містити в собі кілька різних атомів (азотна, сірчана, фосфорна кислоти та ін.). При складанні формули солі кислотний залишок вписується в дужки. За ними цифровим індексом позначається кількість залишків.

Титрування та хімічний еквівалент

Реакція нейтралізації пов’язана з процедурою титрування. У хімії так заведено називати визначення кількості лугу або кислоти в розчині. Для цього береться реагент із заданою заздалегідь молярною концентрацією. Обчислюється, скільки його потрібно для осадження шуканої речовини.

При титруванні використовується поняття хімічної еквівалентності:

• Для кислоти хімічний еквівалент – це кількість кислоти, яке в реакції з лугом виділяє 1 моль іонів водню.
• Для основи – це показник кількості, що виділяє 1 моль іонів OH^–.

Якщо реагують однакові хімічні еквіваленти, нейтралізація називається повною. В цьому випадку в розчині не залишиться кислоти або лугу, що не вступила в реакцію. Маса еквівалента кислоти або основи в грамах називається грам-еквівалентом.

Всі кислоти, які виділяють з 1 молекули 1 іон водню, підкоряються наступній закономірності: їх хімічний еквівалент дорівнює 1 молю речовини. Молекулярна маса таких сполук дорівнює 1 грам-еквіваленту.

Якщо речовина виділяє з 1 молекули 2 іона водню, її грам-еквівалент дорівнює половині молекулярної маси, а 1 моль відповідає 2 хімічним еквівалентам.

З цим хімічним процесом пов’язане ще одне поняття – нормальність або нормальна концентрація речовини. Цей фактор показує, скільки еквівалентів містить 1 літр розчину.

Застосування на практиці

Методи нейтралізації покладені в основу титриметричного аналізу. Титрування використовується в багатьох сферах:

• У діагностиці захворювань травної системи титрування застосовують для визначення кількості соляної кислоти в шлунковому соку.
• У лабораторній діагностиці застосовується реакція нейтралізації для визначення буферної ємності плазми крові.
• Багато важких захворювань, що загрожують життю людини, супроводжуються зрушенням рН біологічних рідин. Зрушення може відбутися в кислу сторону (ацидоз) або в лужну (алкалоз). Щоб скорегувати кислотно-основну рівновагу, необхідно визначити рН.
• Щоб скоротити вміст лужних компонентів в крові при метаболічному ацидозі, в якості екстреного заходу використовують внутрішньовенне вливання лужного розчину (бікарбонату натрію, лактату натрію, трисаміну). В результаті відбувається вирівнювання балансу в організмі.
• Для корекції алкалозу вводять розчин аскорбінової кислоти. Вона нейтралізує надлишок лужних основ.
• Найбільш широко використовуються реакції нейтралізації при лікуванні хвороб шлунка. При підвищеній кислотності призначають антацидні засоби – оксид магнію, карбонат кальцію та ін.
• У фармакології та аналітичній хімії титрування застосовують для визначення кількості органічних і неорганічних кислот у складі речовини. Крім того, метод дозволяє визначити, чи проходять лікарські засоби через клітинні мембрани і з якою швидкістю.
• Метод нейтралізації використовується в харчовій і хімічній промисловості. З його допомогою визначають кількість кислоти або лугу в тій чи іншій речовині, продукті або рідини.

Нерідко ця хімічна реакція використовується в побуті.

При попаданні оцтової або іншої кислоти на шкіру може виникнути опік. При першій допомозі необхідно ретельно промити місце чистою водою, після чого обробити содовим розчином. Тієї ж тактики дотримуються при опіку їдким лугом. Як нейтралізатор використовується лимонна або оцтова кислота в слабкому розведенні.