12 Κεφάλαιο 1ο 1.2 ΟΞΕΑ ΚΑΤΑ ARRHENIUS Που οφείλεται ο όξινος χαρακτήρας; Στην περσινή χρονιά έμαθες ότι η Χημεία έχει τη δική της γλώσσα! Στη γλώσσα της Χημείας: Τα γράμματα είναι τα σύμβολα των χημικών στοιχείων (π.χ. υδρογόνο H, χλώριο Cl, κ.λπ.) Οι λέξεις είναι οι μοριακοί τύποι (π.χ. νερό H 2 O) Οι προτάσεις είναι οι χημικές εξισώσεις που παριστάνουν τις χημικές αντιδράσεις (π.χ. το νερό διασπάται σε υδρογόνο και οξυγόνο 2Η 2 Ο 2Η 2 Ο+Ο 2 ) Ας δούμε τους μοριακούς τύπους ορισμένων οξέων: υδροχλώριο: H Cl θεϊκό οξύ: Η 2 SO 4 νιτρικό οξύ: Η ΝΟ 3
Τα οξέα 13 Παρατηρούμε ότι οι παραπάνω μοριακοί τύποι έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό. Και τα τρία οξέα περιέχουν υδρογόνο (Η). ΜΑΘΕ ΚΙ ΑΥΤΟ Το υδατικό διάλυμα του υδροχλωρίου (ΗCl) ονομάζεται υδροχλωρικό οξύ. Όταν τα οξέα διαλύονται στο νερό, ιοντίζονται, σχηματίζονται δηλαδή ιόντα. Όταν τα άτομα παίρνουν ή χάνουν ηλεκτρόνια, μετατρέπονται σε φορτισμένα σωματίδια, που ονομάζονται ιόντα. Να μερικά παραδείγματα διάλυσης οξέων στο νερό, όπου φαίνονται τα ιόντα που σχηματίζονται: διάλυση οξέος στο νερό Όνομα οξέος Μοριακός τύπος διάλυμα οξέος κατιόν ανιόν όνομα ανιόντος υδροχλώριο HCl HCl (aq) H + (aq) + Cl - (aq) ιόν χλωρίου θεϊκό οξύ H 2 SO 4 H 2 SO 4 (aq) 2Η + (aq) + 2 SO (aq) 4 θεϊκό ιόν νιτρικό οξύ HNO 3 HNO 3 (aq) H + (aq) + NO 3 (aq) νιτρικό ιόν Οξικό οξύ CH 3 COOH CH 3 COOH (aq) H + (aq) + CH 3 COO - (aq) οξικό ιόν
14 Κεφάλαιο 1ο ΜΑΘΕ ΚΙ ΑΥΤΟ Το (aq) δίπλα σε κάθε ουσία στις παραπάνω χημικές εξισώσεις συμβολίζει το υδατικό, διάλυμα. Γενικά στις χημικές εξισώσεις, που παριστάνουν τις χημικές αντιδράσεις, μπορούμε να δηλώσουμε και τη φυσική κατάσταση των ουσιών, που παίρνουν μέρος σ αυτήν. Αυτό γίνεται με τα παρακάτω σύμβολα: (s) : για τις στερεές ουσίες, (l): για τις υγρές ουσίες, (g): για τις αέριες ουσίες, (aq): για τα υδατικά διαλύματα. Πως γράφω μια χημική εξίσωση; 1. Bρίσκω τα αντιδρώντα (εδώ νερό) και τα προϊόντα (εδώ υδρογόνο και οξυγόνο). 2. Γράφω στο 1ο μέλος τους μοριακούς τύπους των αντιδρώντων και στο 2ο μέλος τους μοριακούς τύπους των προϊόντων. Συνδέω τα δύο μέλη με ένα βέλος: H 2 O -> H 2 + O 2. 3. Όπως είπαμε ο αριθμός των ατόμων κάθε στοιχείου παραμένει σταθερός. Εδώ: Tώρα: Στο 1ο μέλος έχω 2 άτομα H, όπως και στο 2ο (εντάξει!). Για το οξυγόνο όμως έχω 1 άτομο στο 1ο μέλος και 2 άτομα στο 2ο μέλος (πρόβλημα!). Πολλαπλασιάζω λοιπόν με έναν κατάλληλο αριθμό το H 2 O ώστε να εξισωθούν τα άτομα οξυγόνου, συγκεκριμένα το 2: 2H 2 O -> H 2 + O 2. Για το οξυγόνο έχω 2 άτομα στο 1ο μέλος και 2 άτομα στο 2ο μέλος (εντάξει!). Για το υδρογόνο όμως έχω 2 2=4 άτομα στο 1ο μέλος και 2 άτομα στο 2ο μέλος (πρόβλημα!).
Τα οξέα 15 Oπότε πολλαπλασιάζω με 2 το H 2 ώστε να εξισωθούν και τα άτομα του υδρογόνου, συγκεκριμένα: 2H 2 O -> 2H 2 + O 2 (επιτέλους εντάξει!). Επανερχόμαστε στην ερώτηση που θέσαμε στην αρχή της παραγράφου: Που οφείλεται ο όξινος χαρακτήρας; Πού οφείλονται δηλαδή οι κοινές ιδιότητες που έχουν τα υδατικα διαλύματα των οξέων; Στην ερώτηση αυτή έδωσε ικανοποιητική απάντηση το 1887 ο Σουηδός χημικός S. Arrhenius (1859-1927), ο οποίος μάλιστα βραβεύτηκε με το Nobel Χημείας το 1903. Τι απάντηση έδωσε; Οι κοινές ιδιότητες των διαλυμάτων των οξέων οφείλονται στα κατιόντα υ- δρογόνου (Η + ) που περιέχουν. Με τη βοήθεια αυτής της πολύ σημαντικής διαπίστωσης του Arrhenius μπορούμε να ορίσουμε ποιες χημικές ενώσεις ονομάζονται οξέα. Ο ορισμός αυτός λέγεται ορισμός των οξέων κατά Arrhenius και είναι ο εξής: Οξέα ονομάζονται οι χημικές ενώσεις που, όταν διαλυθούν στο νερό, δίνουν κατιόντα υδρογόνου (Η + ).
16 Κεφάλαιο 1ο Τα σημαντικότερα σημεία της 1.1-1.2 Τα οξέα είναι μια μεγάλη κατηγορία χημικών ενώσεων, που τα διαλύματά τους έχουν κάποιες κοινές ιδιότητες. Πολλές ουσίες στην καθημερινή μας ζωή περιέχουν οξέα. Οι δείκτες είναι χημικές ουσίες που αλλάζουν χρώμα, όταν τους προσθέσουμε οξύ. Π.χ. βάμμα ηλιοτροπίου, ηλιανθίνη, βρομοθυνόλη και φυτικά εκχυλίσματα από τσάι, κόκκινο λάχανο, πέταλα λουλουδιών, χόρτα, κ.λπ. Το σύνολο των κοινών ιδιοτήτων των διαλυμάτων των οξέων ονομάζεται όξινος χαρακτήρας: - Έχουν ξινή (όξινη) γεύση - Αλλάζουν το χρώμα των δεικτών - Αντιδρούν με ανθρακικά άλατα και παράγεται διοξείδιο του άνθρακα - Αντιδρούν με πολλά μέταλλα και παράγεται υδρογόνο. Όταν τα οξέα διαλύονται στο νερό σχηματίζονται ιόντα. Π.χ. HCl (aq) H + (aq) + Cl - (aq) Οι κοινές ιδιότητες των διαλυμάτων των οξέων οφείλονται στα κατιόντα υδρογόνου (Η + ) που περιέχουν (Arrhenius). Οξέα (κατά Arrhenius) ονομάζονται οι ενώσεις που, όταν διαλυθούν στο νερό, δίνουν κατιόντα υδρογόνου (Η + ).
Τα οξέα 17 Σχηματική απεικόνιση της 1.1-1.2 Χημικές ενώσεις Οξέα διαλύονται στο νερό Όξινα διαλύματα έχουν δίνουν Όξινο χαρακτήρα οφείλεται στα Η + ξινή γεύση αλλάζουν χρώμα δεικτών αντιδρούν με ανθρακικά άλατα αντιδρούν με μέταλλα δίνουν δίνουν CO 2 H 2
18 Κεφάλαιο 1ο 1. Να σημειώσετε με Σ κάθε σωστή πρόταση και με Λ κάθε λανθασμένη. α) Ο χυμός λεμονιού μετατρέπει το βάμμα του ηλιοτροπίου από μενεξεδί σε μπλε. β) Με την επίδραση ξιδιού σε μαρμαρόσκονη παράγεται διοξείδιο του άνθρακα. γ) Τα οξέα βρίσκονται σε αέρια κατάσταση. δ) Ότι περιέχει οξύ είναι ακατάλληλο για διατροφή. ε) Οξέα είναι όλες οι ενώσεις που περιέχουν υδρογόνο στ) Τοποθετώ ένα διάλυμα θεϊκού οξέος σε σιδερένιο δοχείο. ζ) Τα μαρμάρινα πατώματα καθαρίζουν με απορρυπαντικά που περιέχουν υδροχλώριο. 2. Συμπλήρωσε με τις κατάλληλες λέξεις τα κενά των παρακάτω προτάσεων: α) Η... γεύση του λεμονιού οφείλεται στο... οξύ που περιέχει. β) Το ξίδι είναι διάλυμα... οξέος σε... γ) Το σύνολο των... ιδιοτήτων των οξέων ονομάζεται... χαρακτήρας και οφείλεται στην παρουσία...... ( )
Τα οξέα 19 δ) Ο χυμός λεμονιού αντιδρά με σκόνη μαγνησίου και ελευθερώνεται αέριο ε) Οι δείκτες δείχνουν με το... τους, αν υπάρχει οξύ σε ένα διάλυμα. 3. Τι αλλάζει στους δείκτες αν τους προσθέσουμε οξύ; α) η γεύση τους, β) το χρώμα τους, γ) η οσμή τους, δ) προκαλείται κρότος. 4. Να συμπληρώσετε τις χημικές εξισώσεις που περιγράφουν τη διάλυση των ακόλουθων ουσιών στο νερό: α) HCl (aq)... +... β) H 2 SO 4 (aq) 2... +... γ) CH 3 COOH (aq)... +... i) Ποιο είναι το κοινό προϊόν της διάλυσης αυτών των ουσιών; ii) Η παραγωγή αυτού του κοινού προϊόντος έχει ως αποτέλεσμα την ο- μαδοποίησή τους με το κοινό όνομα 5. Το υδροχλωρικό οξύ καθαρίζει την «πέτρα» που είναι κυρίως ανθρακικά άλατα, από τις μπανιέρες, τις βρύσες κ.λπ. Πώς εξηγείτε αυτή τη δράση του;
20 Κεφάλαιο 1ο 6. Οι μπαταρίες των αυτοκινήτων περιέχουν θεϊκό οξύ. Όταν συμπληρώνονται με αποσταγμένο νερό, χρειάζεται προσοχή να μην ξεχειλίσει. Γιατί απαιτείται αυτή η προσοχή; 7. Ποια από τις παρακάτω ουσίες μπορεί να αντιδρά με υδροχλωρικό οξύ και να παράγεται διοξείδιο του άνθρακα; α) Σίδηρος β) Μαρμαρόσκονη γ) Ασβέστιο δ) Άνθρακας 8. Ποια από τις παρακάτω ουσίες παράγεται, όταν αντιδρά αλουμίνιο (αργίλιο) με διάλυμα θεϊκού οξέος; α) Οξυγόνο β) Διοξείδιο του άνθρακα γ) Υδροχλώριο δ) Υδρογόνο
Τα οξέα 21 1. α) ΣΩΣΤΟ: Ο χυμός λεμονιού (διάλυμα οξέος) μετατρέπει το βάμμα του ηλιοτροπίου (δείκτης) από μενεξεδί σε κόκκινο. β) ΣΩΣΤΟ: Το ξίδι περιέχει οξικό οξύ, το οποίο αντιδρά με τη μαρμαρόσκονη, που είναι ανθρακικό άλας, οπότε παράγεται διοξείδιο του άνθρακα. γ) ΛΑΘΟΣ: Δεν είναι όλα τα οξέα αέρια. Π.χ. το νιτρικό οξύ (ακουαφόρτε) είναι υγρό. δ) ΛΑΘΟΣ: Το λεμόνι και το πορτοκάλι περιέχουν κιτρικό οξύ, το ξίδι περιέχει οξικό οξύ. Είναι ουσίες δηλαδή που περιέχουν οξέα και μπορούμε βέβαια να τα φάμε. ε) ΛΑΘΟΣ: Υπάρχουν ενώσεις που περιέχουν υδρογόνο και δεν είναι οξέα. Π.χ. το νερό (Η 2 Ο). στ) ΛΑΘΟΣ: Το διάλυμα θεϊκού οξέος αντιδρά με το σίδηρο (μέταλλο) και το δοχείο διαβρώνεται. Δε μπορούμε δηλαδή να φυλάξουμε οξέα σε σιδερένια δοχεία. ζ) ΛΑΘΟΣ: Το μάρμαρο (ανθρακικό άλας) αν καθαριστεί με υδροχλώριο (οξύ), θα διασπαστεί, θα καταστραφεί δηλαδή. 2. Οι λέξεις που συμπληρώνουν τα κενά είναι οι εξής: α) ξινή, κιτρικό β) όξινου, νερό γ) κοινών, όξινος, κατιόντων υδρογόνου (Η + ) δ) υδρογόνο ε) χρώμα
22 Κεφάλαιο 1ο 3. Σωστή απάντηση είναι η (β). Αλλάζει το χρώμα των δεικτών, αν τους προσθέσουμε οξύ. 4. α) HCl (aq) H + (aq) + Cl - (aq) β) H 2 SO 4 (aq) 2Η + 2 (aq) + SO (aq) 4 γ) CH 3 COOH (aq) H + (aq) + CH 3 COO - (aq) i) Τα κατιόντα υδρογόνου (Η + ) ii) Οξέα 5. Το υδροχλωρικό οξύ είναι διάλυμα υδροχλωρίου (HCl) το οποίο αντιδρά με τα ανθρακικά άλατα και τα διασπά. 6. Γιατί αν χυθεί το νερό με το θεϊκό οξύ (διάλυμα οξέος) πάνω στα μηχανικά μέρη του αυτοκινήτου, που είναι μεταλλικά, θα τα διαβρώσει, θα τα καταστρέψει δηλαδή. Επίσης αν χυθεί πάνω στα χέρια μας θα μας κάψει. 7. Σωστή απάντηση είναι η (β). Η μαρμαρόσκονη είναι ανθρακικό άλας (ούτε ασβέστιο, ούτε άνθρακας). Αντιδρά, λοιπόν, με διάλυμα οξέος και παράγεται διοξείδιο του άνθρακα. Δε μπορεί να είναι ούτε σίδηρος, γιατί τότε θα παραγόταν υδρογόνο. 8. Σωστή απάντηση είναι η (δ). Αντιδρά αλουμίνιο (μέταλλο) με διάλυμα οξέος, παράγεται επομένως υδρογόνο.