Ключевая разница – кислотность и основность
Кислотность и основность соединений являются показателями рН. Кислотность среды вызывается кислыми соединениями, которые могут выделять ионы водорода (H+), что приводит к низкому pH в этой среде. Основность среды обусловлена основными соединениями, которые могут выделять ионы гидроксида (OH–), что приводит к высокому pH в этой среде. Ключевое различие между кислотностью и щелочностью заключается в том, что кислотность вызывает низкий pH, тогда как щелочность вызывает высокий pH в водной среде.
Что такое кислотность?
Кислотность – это уровень кислоты в веществах. Концентрация ионов водорода (H+) является основным параметром, используемым для определения кислотности. Концентрация ионов водорода выражается в виде значения pH. pH представляет собой отрицательный логарифм концентрации ионов водорода. Следовательно, чем выше концентрация ионов водорода, тем ниже рН. Низкое значение pH указывает на более высокую кислотность.
В зависимости от кислотности веществ различают два типа кислот: сильные кислоты и слабые кислоты. Сильные кислоты вызывают более высокий уровень кислотности в водной среде, тогда как слабые кислоты приводят к низкой кислотности. Сильные кислоты могут полностью диссоциировать на ионы, высвобождая все возможные ионы водорода (H+). Напротив, слабая кислота частично диссоциирует, высвобождая только некоторые ионы водорода. Кислоты также можно разделить на моноосновные кислоты и полиосновные кислоты; моноосновные кислоты выделяют один ион водорода на молекулу, тогда как полиосновные кислоты выделяют больше ионов водорода на молекулу.
Кислотность кислот определяется pKa кислоты. рКа - отрицательный логарифм Ка. Ka – константа диссоциации кислоты в растворе. Это количественное измерение силы кислоты в растворе (или кислотности). Чем ниже pKa, тем сильнее кислота. Чем выше pKa, тем слабее кислота.
Рисунок 01: Лимонный сок имеет высокую кислотность
Периодические тренды кислотности химических элементов в основном зависят от значений их электроотрицательности. Электроотрицательность химических элементов возрастает слева направо периода. Если электроотрицательность атома выше, он может очень легко стабилизировать на нем отрицательный атом, потому что он имеет более высокое сродство к электронам. Следовательно, ионы водорода, связанные с высокоэлектроотрицательными атомами, высвобождаются легче, чем низкоэлектроотрицательные атомы, что приводит к более высокой кислотности. При понижении группы в таблице Менделеева кислотность увеличивается. Это связано с тем, что размер атомов увеличивается вниз по группе. Большие атомы могут стабилизировать на себе отрицательные заряды (за счет распределения заряда); следовательно, ион водорода, связанный с большим атомом, может быть легко высвобожден.
Что такое базисность?
Основность вещества – это количество атомов водорода, заменяемых основанием в конкретной кислоте. Другими словами, основность соединения - это количество ионов водорода, которые могут полностью прореагировать с гидроксид-ионами, выделяемыми основанием.
Рисунок 02: Химическая структура гидроксид-иона
Факторы, которые могут повлиять на основность соединения, перечислены ниже.
- Электроотрицательность
- Атомный радиус
- Официальные обвинения
Электроотрицательность атома относится к его сродству к электронам. Атом с высокой электроотрицательностью может притягивать электроны по сравнению с атомами с низкой электроотрицательностью. Чем выше электроотрицательность, тем ниже основность. Чтобы высвободить гидроксид-ион, электроны связи между атомом кислорода и остальной частью молекулы должны быть полностью притянуты атомом кислорода (атом кислорода в гидроксидной группе должен быть более электроотрицательным, чем другой атом, с которым он связан). Пример: если основность ROH высока, электроотрицательность R меньше, чем у атома кислорода.
Рисунок 03: Мыла – это слабые основания, образующиеся в результате реакции жирных кислот с гидроксидом натрия или гидроксидом калия.
Атомный радиус - еще один фактор, влияющий на основность соединения. Если атомный радиус мал, электронная плотность этого атома высока. Следовательно, гидроксид-ион может легко высвобождаться. Тогда основность этого соединения сравнительно высока.
Формальные заряды обычно бывают либо положительными, либо отрицательными. Положительный формальный заряд указывает на меньшую электронную плотность. Следовательно, электроны связи не могут быть полностью притянуты гидроксид-ионом. Тогда он не может быть легко высвобожден (гидроксид-ион), что указывает на более низкую основность. Напротив, отрицательный формальный заряд вызывает более высокую основность.
В чем разница между кислотностью и щелочностью?
Кислотность против Основности |
|
| Кислотность – это уровень кислоты в веществах. | Основность относится к состоянию основания, которое может выделять ионы гидроксида (OH-). |
| pH | |
| Кислотность вызывает низкий уровень pH в водных средах. | Основность вызывает высокий уровень pH в водных средах. |
| Ионы | |
| Кислотность указывает на высокую концентрацию ионов водорода в среде. | Основность указывает на высокую концентрацию гидроксид-ионов в среде. |
| Периодические тренды | |
| Кислотность увеличивается слева направо по периоду и вниз по группе. | Основность уменьшается слева направо по периоду и вниз по группе. |
| Эффект электроотрицательности | |
| Кислотность высокая, если электроотрицательность (атома, с которым связан атом водорода) высока. | Основность высокая, если электроотрицательность (атома, с которым связан атом кислорода гидроксид-иона) низкая. |
Резюме – Кислотность против щелочности
Кислотность и основность - два основных термина, используемых в химии. Кислотность обусловлена кислотными соединениями. Основность обусловлена основными соединениями. Ключевое различие между кислотностью и щелочностью заключается в том, что кислотность вызывает низкий рН, тогда как щелочность вызывает высокий рН в водной среде.
