תגובת סתירה (ניטרול)
מה קורה כשחומצה פוגשת בסיס? - התגובה הכימית הבסיסית ביותר
כשניגודים נפגשים
המשוואה הכללית
תגובת סתירה היא תגובה כימית בין חומצה לבסיס.
המשוואה הכללית:
חומצה + בסיס ← מלח + מים
מה באמת קורה? במישור היוני, התגובה המהותית היא:
H3O+ + OH- ← 2H2O
יוני ההידרוניום מהחומצה מגיבים עם יוני ההידרוקסיל מהבסיס ויוצרים מולקולות מים. היונים האחרים (שלא משתתפים ישירות) יוצרים את המלח.
התגובה פולטת חום (אקסותרמית) - אפשר להרגיש את הכוס מתחממת!
חומצה + בסיס ← מלח + מים
בתגובת סתירה, יוני H3O+ ו-OH- 'מבטלים' זה את זה ויוצרים מים. שאר היונים מתחברים ויוצרים מלח.
דוגמאות לתגובות סתירה
תגובות סתירה חשובות
HCl + NaOH
חומצת מלח + נתרן הידרוקסיד
← נתרן כלורי (מלח שולחן!) + מים
HCl + NaOH ← NaCl + H2O
זו תגובת הסתירה הקלאסית ביותר
H2SO4 + 2NaOH
חומצה גופרתית + נתרן הידרוקסיד
← נתרן גופרתי + מים
H2SO4 + 2NaOH ← Na2SO4 + 2H2O
צריך 2 מולקולות NaOH כי H2SO4 דו-ערכית
HCl + Ca(OH)2
חומצת מלח + סידן הידרוקסיד
← סידן כלורי + מים
2HCl + Ca(OH)2 ← CaCl2 + 2H2O
סידן הידרוקסיד = סיד כבוי
HNO3 + NH3
חומצה חנקתית + אמוניה
← אמוניום חנקתי (דשן!)
HNO3 + NH3 ← NH4NO3
כך מייצרים דשן חנקני!
מלחים - תוצרי הסתירה
מלח הוא תרכובת יונית שנוצרת מתגובת סתירה. הקטיון (יון חיובי) מגיע מהבסיס, והאניון (יון שלילי) מגיע מהחומצה. מלח שולחן (NaCl) הוא רק דוגמה אחת - יש מאות מלחים שונים!
מלחים נפוצים ומקורם
| מלח | נוסחה | חומצה | בסיס | שימוש |
|---|---|---|---|---|
| נתרן כלורי | NaCl | HCl | NaOH | מלח אוכל, תעשייה |
| סידן גופרתי | CaSO4 | H2SO4 | Ca(OH)2 | גבס לבנייה ורפואה |
| סידן פחמתי | CaCO3 | H2CO3 | Ca(OH)2 | שיש, גיר, אבן גיר |
| נתרן ביכרבונט | NaHCO3 | H2CO3 | NaOH | סודה לשתייה, אפייה |
| אמוניום חנקתי | NH4NO3 | HNO3 | NH3 | דשן חנקני |
| מגנזיום כלורי | MgCl2 | HCl | Mg(OH)2 | ייצוב כבישים |
* כל מלח הוא תרכובת יונית עם מבנה סריג - גבישים מסודרים
שאלה לחשיבה
איזה מלח ייווצר מתגובת סתירה בין חומצה גופרתית (H2SO4) לסידן הידרוקסיד (Ca(OH)2)? מה השימוש של מלח זה?
H2SO4 + Ca(OH)2 ← CaSO4 + 2H2O. המלח שנוצר הוא סידן גופרתי (CaSO4), הידוע יותר בשמו 'גבס'. גבס משמש בבנייה (טיח, קירות), ברפואה (גבס לשבירות), ובפיסול. מעניין שמלח כל כך שימושי נוצר מתגובה בין חומצה חזקה לבסיס חזק!
סתירה בחיי היום-יום
צרבת ונוגדי חומצה
חומצת קיבה (HCl) עולה לוושט ← צרבת.
פתרון: תרופת נוגד חומצה (בסיסית).
נוגדי חומצה מכילים בסיסים כמו:
- Mg(OH)2 (מגנזיום הידרוקסיד)
- Al(OH)3 (אלומיניום הידרוקסיד)
- CaCO3 (סידן פחמתי)
הבסיס סותר את החומצה ומקל.
עקיצות חרקים
עקיצת דבורה - ארס חומצי (חומצה מוראית).
טיפול: סודה לשתייה (בסיסית).
עקיצת צרעה - ארס בסיסי.
טיפול: חומץ מדולל (חומצי).
בשני המקרים, סותרים את החומר בארס עם חומר הפוך.
דבורה ← בסיס (סודה)
צרעה ← חומצה (חומץ)
עוד שימושים לסתירה
טיפול בשפכים
נטרול שפכים חומציים מתעשייה לפני שחרורם לסביבה. מוסיפים Ca(OH)2 להעלאת pH.
חקלאות
סיוד קרקע חומצית - הוספת CaCO3 לשיפור תנאי גידול. תגובת סתירה בקרקע!
אפייה
סודה (בסיס) + חומצה בבצק ← CO2 שמתפח את העוגה. תגובת סתירה טעימה!
שאלה לחשיבה
לתמיסה בסיסית עם pH = 12 הוסיפו חומצה בהדרגה. ה-pH ירד ל-7. מה קרה? מה יקרה אם נמשיך להוסיף חומצה?
החומצה סתרה את הבסיס. יוני ההידרוניום (H3O+) מהחומצה הגיבו עם יוני ההידרוקסיל (OH-) מהבסיס ויצרו מים. כשה-pH הגיע ל-7, הושג ניטרול מלא - ריכוז היונים השתווה. אם נמשיך להוסיף חומצה, ה-pH ימשיך לרדת מתחת ל-7 - התמיסה תהפוך לחומצית, כי עכשיו יש עודף של יוני הידרוניום.
שאלה לחשיבה
מדוע אבקת אפייה (סודה, NaHCO3) גורמת לעוגה לתפוח? כתבו את סוג התגובה ואת התוצרים.
סודה לשתייה (NaHCO3) היא בסיסית. כשהיא מגיבה עם חומצות שבבצק (כמו חומצה ציטרית, יוגורט, חמאה), מתרחשת תגובת סתירה: NaHCO3 + חומצה ← מלח + H2O + CO2. גז ה-CO2 שנוצר נלכד בבצק ויוצר בועות - כך העוגה תופחת! בנוסף, החום בתנור מגביר את שחרור ה-CO2.
סתירה מוחלטת מול סתירה חלקית
לא תמיד תגובת סתירה מסתיימת ב-pH = 7:
סתירה מוחלטת: כמות החומצה שווה בדיוק לכמות הבסיס. עם חומצה חזקה + בסיס חזק: pH = 7.
עודף חומצה: הוספנו פחות בסיס ממה שנדרש. pH < 7.
עודף בסיס: הוספנו יותר בסיס ממה שנדרש. pH > 7.
חומצה חלשה + בסיס חזק: גם בסתירה מוחלטת, pH > 7 (המלח בסיסי מעט).
חומצה חזקה + בסיס חלש: גם בסתירה מוחלטת, pH < 7 (המלח חומצי מעט).
מדוע תמיסת NaCl היא ניטרלית (pH = 7) אבל תמיסת CH3COONa (נתרן אצטאט) היא בסיסית (pH > 7)?
NaCl נוצר מחומצה חזקה (HCl) + בסיס חזק (NaOH). שני היונים (Na+ ו-Cl-) לא מגיבים עם מים ← pH = 7.
CH3COONa נוצר מחומצה חלשה (CH3COOH) + בסיס חזק (NaOH). יון CH3COO- מגיב עם מים: CH3COO- + H2O ⇌ CH3COOH + OH-. נוצרים יוני OH- ולכן התמיסה בסיסית!
תהליך זה נקרא הידרוליזה (hydrolysis). כלל: מלח של חומצה חלשה + בסיס חזק = תמיסה בסיסית. מלח של חומצה חזקה + בסיס חלש = תמיסה חומצית.
ניסוי קלאסי שמדגים תגובת סתירה: 'הר געש' מסודה לשתייה וחומץ!
חומרים: סודה לשתייה (NaHCO3), חומץ, צבע מאכל אדום, כוס גבוהה.
הניסוי: הניחו 3 כפות סודה בכוס, הוסיפו טיפות צבע אדום. שפכו חומץ לכוס.
מה קורה: קצף אדום גולש מהכוס כמו לבה! NaHCO3 + CH3COOH ← CH3COONa + H2O + CO2. גז ה-CO2 יוצר את הקצף הגואש.
זו תגובת סתירה: בסיס (סודה) + חומצה (חומץ) ← מלח + מים + CO2.