2.2-What Do All Acids and Bases Have in Common

2.2-What Do All Acids and Bases Have in Common Important Formulae

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Acids and bases are essential classes of compounds in chemistry, and despite their differences, they share several common characteristics. Understanding these similarities helps in grasping their behavior in chemical reactions and their roles in various applications.

2.2.1 Basic Definition

Both acids and bases are classified as electrolytes, which means they can conduct electricity when dissolved in water. This property is crucial in various chemical processes and applications.

2.2.2 Ion Formation

Acids and bases both dissociate in water to form ions:

  • Acids: When acids dissolve in water, they release hydrogen ions (H+), which are responsible for their acidic properties. For example:
    • HCl → H+ + Cl-
  • Bases: Bases release hydroxide ions (OH-) when dissolved in water, contributing to their basic properties. For example:
    • NaOH → Na+ + OH-
2.2.3 pH Scale

Both acids and bases can be measured using the pH scale, which ranges from 0 to 14:

  • Acids: Have a pH less than 7. The lower the pH, the stronger the acid.
  • Bases: Have a pH greater than 7. The higher the pH, the stronger the base.
2.2.4 Neutralization Reaction

Acids and bases can react with each other in a process called neutralization:

  • This reaction produces salt and water. For example:
    • HCl + NaOH → NaCl + H2O
  • The neutralization reaction illustrates their complementary nature, where the properties of acids and bases counteract each other.
2.2.5 Indicator Behavior

Both acids and bases can be identified using indicators:

  • Litmus Paper: Acids turn blue litmus paper red, while bases turn red litmus paper blue.
  • Phenolphthalein: Colorless in acids and pink in bases.
2.2.6 Conductivity

Both acids and bases can conduct electricity when dissolved in water due to the presence of ions:

  • This property is essential in various applications, including electrolysis and electrochemical cells.
  • The ability to conduct electricity indicates their ionic nature when dissolved.
2.2.7 Common Uses

Both acids and bases have numerous applications in daily life and industry:

  • Acids: Used in food preservation (e.g., acetic acid in vinegar), cleaning agents, and batteries (sulfuric acid).
  • Bases: Utilized in making soap, paper, and as cleaning agents (e.g., sodium hydroxide).
2.2.8 Safety Considerations

Both acids and bases can be hazardous and should be handled with care:

  • Protective gear such as gloves and goggles is essential when working with these substances.
  • Proper storage and labeling are critical to prevent accidents and injuries.

2.2-What Do All Acids and Bases Have in Common

आम तौर पर, सभी अम्लों (Acids) और क्षारों (Bases) में कुछ समानताएँ होती हैं। इनकी विशेषताएँ रासायनिक गुणों पर आधारित होती हैं और ये विभिन्न पदार्थों के साथ विशेष प्रकार से प्रतिक्रिया करते हैं।

1. आयन बनाने की क्षमता: अम्ल और क्षार दोनों ही पानी में घुलने पर आयन बनाते हैं। अम्ल जब पानी में घुलते हैं, तो ये हाइड्रोजन आयन (H+) उत्पन्न करते हैं। जबकि, क्षार पानी में घुलकर हाइड्रोक्साइड आयन (OH-) उत्पन्न करते हैं।

2. अम्ल और क्षार की प्रतिक्रिया: अम्ल और क्षार के बीच एक विशेष प्रतिक्रिया होती है जिसे नट्रलाइजेशन प्रतिक्रिया कहा जाता है। इस प्रतिक्रिया में, अम्ल और क्षार आपस में मिलकर पानी और एक लवण (Salt) उत्पन्न करते हैं। इसका सामान्य रासायनिक समीकरण है:

अम्ल + क्षार → पानी + लवण

उदाहरण के लिए, यदि हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl) और सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH) मिलते हैं, तो यह प्रतिक्रिया इस प्रकार होती है:

HCl + NaOH → NaCl + H2O

3. संकेतक (Indicators) का उपयोग: अम्ल और क्षार दोनों को पहचानने के लिए संकेतकों का उपयोग किया जाता है। संकेतक ऐसे पदार्थ होते हैं जो अम्ल या क्षार के साथ प्रतिक्रिया करके रंग बदलते हैं। कुछ सामान्य संकेतक हैं:

  • लिटमस पेपर: लिटमस पेपर का रंग अम्ल में लाल और क्षार में नीला हो जाता है।
  • फिनोल्थेलिन: यह संकेतक अम्ल के साथ रंगहीन रहता है, जबकि क्षार में गुलाबी रंग प्रदर्शित करता है।
  • मिथाइल ऑरेंज: यह अम्ल में लाल और क्षार में पीला रंग दिखाता है।

4. pH मान: अम्ल और क्षार दोनों का pH मान निर्धारित करने के लिए pH मीटर का उपयोग किया जाता है। अम्लों का pH 0 से 7 के बीच होता है, जबकि क्षारों का pH 7 से 14 के बीच होता है। pH 7 को नॉन-आवश्यक (Neutral) माना जाता है, जैसे पानी।

साधारण रूप से, अम्लों का pH मान 1 से 6 तक होता है, और यह हाइड्रोजन आयनों (H+) की सांद्रता को दिखाता है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl) का pH मान लगभग 1-2 होता है।

क्षारों का pH 8 से 14 के बीच होता है, जो हाइड्रोक्साइड आयनों (OH-) की सांद्रता को दर्शाता है। उदाहरण के लिए, सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH) का pH मान लगभग 12 होता है।

5. विशेष रासायनिक गुण: अम्लों और क्षारों में कुछ रासायनिक गुण होते हैं जो उन्हें एक-दूसरे से अलग करते हैं, लेकिन कुछ गुण समान भी होते हैं। दोनों ही हाइड्रोजन आयन (H+) और हाइड्रोक्साइड आयन (OH-) के माध्यम से प्रतिक्रियाएं करते हैं।

6. प्रभावी क्रिया: अम्ल और क्षार अपने प्रभाव से विभिन्न रासायनिक पदार्थों पर प्रभाव डालते हैं। उदाहरण के लिए, अम्ल धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करके हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करते हैं, जैसे कि जिंक (Zn) के साथ हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl) की प्रतिक्रिया:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

इसके विपरीत, क्षार कुछ मेटल आयनों के साथ मिलकर लवण बना सकते हैं, जो विभिन्न रासायनिक और जैविक प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

Why do HCl, HNO$_3$, etc., show acidic characters in aqueous solutions while solutions of compounds like alcohol and glucose do not show acidic 
character?

Solution:

HCl and HNO3 are strong acids that completely dissociate in water, releasing hydrogen ions (H+) into the solution, which is responsible for their acidic character. In contrast, alcohols and glucose are neutral compounds that do not ionize to produce H+ ions in solution. The presence of hydroxyl (–OH) groups in alcohols and glucose does not allow them to release protons effectively, thus they do not exhibit acidity in aqueous solutions.

Why does an aqueous solution of an acid conduct electricity?

Solution:

An aqueous solution of an acid conducts electricity because it contains ions. When an acid dissolves in water, it dissociates into positive hydrogen ions (H+) and negative anions. These free-moving ions allow the solution to conduct electric current, as they can carry charge through the liquid. The higher the concentration of ions in the solution, the better the conductivity.

Why does dry HCl gas not change the colour of the dry litmus paper?

Solution:

Dry HCl gas does not change the color of dry litmus paper because litmus paper needs to be moist to react with acids or bases. Without moisture, the litmus paper cannot undergo the necessary chemical changes to indicate acidity or alkalinity.

While diluting an acid, why is it recommended that the acid should be added to water and not water to the acid?

Solution:

When diluting an acid, it is recommended to add the acid to water instead of water to acid to prevent exothermic reactions that can lead to splattering or boiling. Adding water to a concentrated acid can cause the water to rapidly vaporize, creating steam and potentially splattering concentrated acid. In contrast, adding acid to water allows the heat generated to be dissipated more safely, reducing the risk of dangerous reactions and ensuring a more controlled dilution process.

How is the concentration of hydronium ions (H$_3$O$^+$) affected when a solution of an acid is diluted?

Solution:

When a solution of an acid is diluted, the concentration of hydronium ions (H3O+) decreases. This occurs because dilution increases the volume of the solution while the number of acid molecules remains constant, resulting in a lower concentration of H3O+ ions.

How is the concentration of hydroxide ions (OH$^–$) affected when excess base is dissolved in a solution of sodium hydroxide?

Solution:

When excess base is dissolved in a solution of sodium hydroxide, the concentration of hydroxide ions (OH$^–$) increases. Sodium hydroxide (NaOH) dissociates completely in water to produce Na$^+$ and OH$^–$ ions. Adding more base contributes additional hydroxide ions to the solution, thereby raising their overall concentration.