Общие принципы

Сущность реакции нейтрализации заключается в том, что кислота и основание вступают во взаимодействие. Они обмениваются активными компонентами. Происходит нейтрализация обоих составляющих. В итоге получается вода и соль, имеющие нейтральную реакцию среды.

Общий принцип взаимодействия выглядит следующим образом: кислота соединяется со щёлочью, обменивается активными компонентами, в результате чего получается нейтральная соль и вода.

Наиболее простым примером реакции нейтрализации может стать взаимодействие гидроксида натрия с соляной кислотой. Формула представлена так:

NaOH + HCl → NaCl + H2O.

Перед соединением этих веществ можно проверить их реакцию с помощью лакмусовой бумаги:

1. В присутствие соляной кислоте лакмус окрасится в красный цвет.
2. В щелочном растворе гидроксида натрия — в синий.
3. После смешивания растворов бумажка покажет нейтральную реакцию, то есть будет фиолетовой.

Ионное уравнение нейтрализации выглядит так: H⁺ + OH^- → H2O.

Если получившийся раствор нагреть, вода постепенно испарится. В колбе останется осадок — поваренная соль (хлорид натрия).

Чтобы лучше понять, что такое реакция нейтрализации в химии, важно помнить, что 2 сложных вещества обмениваются между собой частями. В итоге получается 2 новых сложных компонента. Таким образом, нейтрализация — это частный случай большой группы реакций обмена.

Некоторые основания не растворяются в воде, но хорошо растворяются в кислотах. В результате взаимодействия тоже образуется вода и соль. Примером может быть реакция между нерастворимым гидроксидом меди и серной кислотой. В итоге получается медный купорос и вода.

Виды реакции

Процесс химической нейтрализации может происходить между веществами с разной активностью: сильной кислотой и таким же основанием или между слабой кислотой и сильной щёлочью. В химии выделяют 2 типа реакции:

1. Необратимые — получившиеся вещества не распадаются, то есть реакция протекает в 1 сторону. Обычно так протекает реакция сильной кислоты и сильного основания.
2. Обратимые — протекают в обе стороны. То есть соль может распадаться и снова получается кислота и основание. Встречаются, если слабый компонент встречается с сильным.

Реакции нейтрализации относятся к разряду экзотермичных. При взаимодействии выделяется много энергии в виде тепла. Количество выделенной энергии — относительный показатель, который получил название теплового эффекта химической реакции.

Мера энергии, накопленной веществом при образовании, называется энтальпией. В экзотермических реакциях значение энтальпии всегда бывает отрицательным.

Названия солей

Все международные химические названия солей, полученных в результате нейтрализации, строятся по единому принципу и состоят из двух слов. Первое слово — это наименование кислотного остатка. Оно является производным от латинского названия кислоты:

• серной — сульфат;
• азотной — нитрат;
• соляной — хлорид;
• фосфорной — фосфат и пр.

Второе слово в названии соли — это наименование металла. У некоторых элементов периодической таблицы валентность изменяется. В этом случае она указывается в скобках.

В качестве примера можно привести названия солей:

• фосфат калия — K3PO4;
• сульфат меди — CuSO4;
• нитрат натрия — NaNO3.

Это утверждение верно и для обратной ситуации — по названию соли можно определить её химическую формулу. Вначале записывается символ, которым металл обозначается в периодической таблице. Затем добавляется формула кислотного остатка.

Следующий шаг — определение валентности обеих частей. Теперь нужно найти для них наименьшее общее кратное и разделить его на валентность каждой части соли. Значит, в результате получается количество атомов металла в формуле и количество кислотных остатков.

Кислотный остаток может иметь сложную структуру и содержать в себе несколько разных атомов (азотная, серная, фосфорная кислоты и пр.). При составлении формулы соли кислотный остаток вписывается в скобки. За ними цифровым индексом обозначается количество остатков.

Титрование и химический эквивалент

Реакция нейтрализации связана с процедурой титрования. В химии так принято называть определение количества щёлочи или кислоты в растворе. Для этого берётся реагент с заданной заранее молярной концентрацией. Вычисляется, сколько его нужно для осаждения искомого вещества. При титровании используется понятие химической эквивалентности:

1. Для кислоты химический эквивалент — это количество кислоты, которое в реакции со щёлочью выделяет 1 моль ионов водорода.
2. Для основания это показатель количества, которое выделяет 1 моль ионов OH^-.

Если реагируют одинаковые химические эквиваленты, нейтрализация называется полной. В этом случае в растворе не останется кислоты или щёлочи, не вступившей в реакцию. Масса эквивалента кислоты или основания в граммах называется грамм-эквивалентом.

Все кислоты, которые выделяют из 1 молекулы 1 ион водорода, подчиняются следующей закономерности: их химический эквивалент равняется 1 молю вещества. Молекулярная масса таких соединений равна 1 грамм-эквиваленту.

Если вещество выделяет из 1 молекулы 2 иона водорода, его грамм-эквивалент равен половине молекулярной массы, а 1 моль соответствует 2 химическим эквивалентам.

С этим химическим процессом связано ещё одно понятие — нормальность или нормальная концентрация вещества. Этот фактор отражает, сколько эквивалентов содержит 1 литр раствора.

Применение на практике

Методы нейтрализации положены в основу титриметрического анализа. Титрование используется во многих сферах:

1. В диагностике заболеваний пищеварительной системы титрование применяют для определения количества соляной кислоты в желудочном соке.
2. В лабораторной диагностике применяется реакция нейтрализации для определения буферной ёмкости плазмы крови.
3. Многие тяжёлые заболевания и угрожающие жизни состояния сопровождаются сдвигом рН биологических жидкостей. Сдвиг может произойти в кислую сторону (ацидоз) или в щелочную (алкалоз). Чтобы скорректировать кислотно-основное равновесие, необходимо определить рН.
4. Чтобы сократить содержание в крови щелочных компонентов, при метаболическом ацидозе в качестве экстренной меры используют внутривенное вливание щелочного раствора (бикарбоната натрия, лактата натрия, Трисамина). В результате происходит выравнивание баланса в организме.
5. Для коррекции алкалоза вводят раствор аскорбиновой кислоты. Она нейтрализует избыток щелочных оснований.
6. Наиболее широко используются реакции нейтрализации при лечении болезней желудка. При повышенной кислотности назначают антацидные средства — оксид магния, карбонат кальция и пр.
7. В фармакологии и аналитической химии титрование применяют для определения количества органических и неорганических кислот в составе вещества. Кроме того, метод позволяет определить, проходят ли лекарственные средства через клеточные мембраны и с какой скоростью.
8. Метод нейтрализации используется в пищевой и химической промышленности. С его помощью определяют количество кислоты или щёлочи в том или ином веществе, продукте или жидкости.

Нередко эта химическая реакция используется в быту. При проливе уксусной или другой кислоты на кожу может возникнуть ожог. В качестве первой помощи необходимо тщательно промыть место чистой водой, после чего обработать содовым раствором. Той же тактики придерживаются при ожоге едкой щёлочью. В качестве нейтрализатора используется лимонная или уксусная кислота в слабом разведении.