Что такое кислоты и основания?
В чистой воде при 25 °C лишь примерно две молекулы из миллиарда распались на ионы. С этого крошечного количества начинается разговор о кислотах и основаниях.
Перетащи, чтобы повернуть. Для изменения масштаба прокрути колёсико или сведи и разведи два пальца.
Уксус, лимонный сок и желудочная кислота имеют кислый вкус или действуют как едкие вещества. Мыло, пищевая сода и средство для чистки духовок скользкие на ощупь и горькие. Люди разделили вещества на эти две группы задолго до того, как узнали об атомах. В 1680 году Роберт Бойль описал кислоты как растворы, которые растворяют многие вещества, меняют цвет некоторых природных красителей и теряют эти свойства при встрече со щёлочью. Химики восемнадцатого века добавили: кислоты реагируют с известняком с выделением газа, который теперь известен как углекислый, а кислоты вместе со щелочами образуют нейтральные вещества.
От водорода к иону гидроксония
В 1815 году Гемфри Дэви показал, что необходимым компонентом кислот является водород, а не кислород. В 1884 году Сванте Аррениус предложил первое современное определение: кислота при растворении в воде образует ионы водорода, а основание образует гидроксид-ионы OH⁻. Отдельный ион водорода представляет собой всего лишь протон, но в воде он не остаётся свободным. Он присоединяется к молекуле воды, образуя ион гидроксония H₃O⁺. Когда газообразный хлороводород растворяется в воде, в полученной соляной кислоте содержится множество ионов H₃O⁺ и Cl⁻.
Кислоты отдают протоны, основания принимают
В 1923 году Йоханнес Брёнстед и Томас Лоури предложили более широкое определение, которым химики пользуются до сих пор. Кислота отдаёт протон, основание принимает его, а кислотно-основная реакция представляет собой переход протона от одной частицы к другой. При растворении фтороводорода HF отдаёт протон молекуле H₂O, образуя H₃O⁺ и F⁻. При растворении аммиака NH₃ принимает протон от H₂O, образуя NH₄⁺ и OH⁻. В первой реакции вода выступает основанием, а во второй кислотой. Вещества, способные и отдавать, и принимать протон, называют амфипротными.
После отдачи протона оставшаяся частица может принять протон обратно, поэтому она является основанием. Химики называют её сопряжённым основанием кислоты. F⁻ является сопряжённым основанием HF, а Cl⁻ является сопряжённым основанием HCl. И наоборот, NH₄⁺ является сопряжённой кислотой аммиака. В каждой реакции Брёнстеда и Лоури есть две такие пары: каждая связывает кислоту с её сопряжённым основанием по другую сторону стрелки реакции.
Вода реагирует сама с собой
Вода амфипротна, поэтому две её молекулы могут обменяться протоном: H₂O + H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻. Такая автоионизация происходит лишь в небольшой степени. При 25 °C ионизированы примерно две молекулы воды из миллиарда, что даёт 1.0 × 10⁻⁷ моль H₃O⁺ и столько же OH⁻ в каждом литре. Произведение их концентраций называют ионным произведением воды: Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴. При добавлении кислоты [H₃O⁺] растёт, а [OH⁻] уменьшается, так что произведение остаётся равным Kw. На этом уравнении основана вся шкала pH, о которой пойдёт речь в следующем уроке.
- 1680: Бойль перечисляет свойства кислот
- 1815: Дэви: водород необходим для кислот
- 1884: Аррениус: в воде кислоты образуют H⁺, основания образуют OH⁻
- 1923: Брёнстед и Лоури: доноры и акцепторы протонов
- По определению Брёнстеда и Лоури кислота…
- Отдаёт протон
- Принимает протон
- Отдаёт электрон
- Является любой солью
- Какова формула иона гидроксония?
- H₃O⁺
- OH⁻
- H₂O₂
- H⁻
- Каково сопряжённое основание HF?
- F⁻
- H₃O⁺
- HF₂
- OH⁻
- Какой ион создаёт щелочную среду при растворении NH₃ в воде?
- OH⁻
- H₃O⁺
- Cl⁻
- Na⁺
- Вещество, способное выступать и кислотой, и основанием, называют…
- Амфипротным
- Нейтральным
- Сопряжённым
- Нерастворимым
- В каком году Аррениус дал определение кислот и оснований?
- Чему равно Kw при 25 °C?
- 1.0 × 10⁻¹⁴
- 1.0 × 10⁻⁷
- 7
- 14
- Расставь коэффициенты: Mg + HCl → MgCl₂ + H₂. Какой коэффициент стоит перед HCl?
- Какой газ образуется при реакции кислоты с известняком (CaCO₃)?
- Углекислый газ
- Водород
- Кислород
- Хлор
- Чему равна [OH⁻] в чистой воде при 25 °C, в моль/л?
- 1.0 × 10⁻⁷
- 1.0 × 10⁻¹⁴
- 0
- 1.0
- Аррениус (1884): в воде кислоты образуют H⁺, основания образуют OH⁻. Брёнстед и Лоури (1923): кислоты отдают протоны, основания принимают их.
- В воде H⁺ превращается в H₃O⁺. После отдачи H⁺ кислота становится своим сопряжённым основанием.
- Вода слабо ионизируется: Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴ при 25 °C.
Источники курса (10)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 4.2 neutralization and antacids (stomach roughly 0.03 M HCl, milk of magnesia Mg(OH)2, Al(OH)3)
- 14.1 Brønsted-Lowry acids and bases (Boyle 1680, Davy 1815, Arrhenius 1884, Brønsted and Lowry 1923, autoionization about two in a billion molecules, Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ at 25 °C, about 5.6 × 10⁻¹³ at 100 °C)
- 14.2 pH and pOH (pH = −log[H3O+], stomach acid 1.2 × 10⁻³ M gives 2.92, vinegar about 4 × 10⁻³ M gives 2.4, blood 7.3, KOH 0.0125 M gives 12.10, neutral pH 6.31 at 80 °C, rainwater 5 to 6, acid rain below 5, pH meter resolution 0.001, Figure 14.2: 1 M HCl 0, gastric juice about 1.5, lime juice about 2, wine about 3.5, coffee about 5, milk of magnesia about 10.5)
- 14.3 relative strengths (six strong acids and six strong bases, Ka, percent ionization, 0.100 M acetic acid 1.3%)
- 14.6 buffers (normal blood pH about 7.4)
- 14.7 titrations (25.00 mL of 0.100 M HCl or acetic acid with 0.100 M NaOH, Table 14.2, equivalence pH 7.00 and 8.72, half-equivalence pH = pKa, Ka acetic acid 1.8 × 10⁻⁵, methyl orange Ka 4.0 × 10⁻⁴ red HIn and yellow In⁻, interval about pKa ± 1, phenolphthalein colourless below pH 8.3)
- LibreTexts Acid-Base Indicators (litmus about 5 to 8, methyl orange 3.1 to 4.4, phenolphthalein 8.3 to 10.0; chem.libretexts.org) and bromothymol blue 6.0 to 7.6 yellow to blue (Prairie South indicator table via LibreTexts Chemistry 30)
- PubChem acetic acid pKa 4.76 at 25 °C, sodium bicarbonate 0.1 M pH 8.3, ammonia 0.1 N pH 11.1, sodium hydroxide (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov)
- NOAA Ocean acidification (noaa.gov: surface ocean pH has fallen by 0.1 since the industrial revolution, about a 30 percent increase in acidity)
- IUPAC CIAAW abridged standard atomic weights.
Проверено: 2026-10-17