خنثی شدن

1. مفهوم واکنش خنثی شدن
هنگامی که محلول یک اسید و محلول یک باز با هم مخلوط می‌شوند، یون‌های هیدرونیوم (\(H_3O^+\)) یا به شکل ساده‌تر (\(H^+\)) از اسید با یون‌های هیدروکسید (\(OH^-\)) از باز واکنش داده و مولکول‌های خنثی و پایدار آب را تولید می‌کنند. به این فرایند، واکنش خنثی شدن می‌گویند.
شکل کلی واکنش خنثی شدن به صورت زیر است:\[\text{اسید}+\text{باز}\to \text{نمک}+\text{آب}\]معادله یونی خالص خنثی شدن:
صرف نظر از نوع اسید و باز قوی، واکنش اصلی که منجر به خنثی شدن همواره به شکل زیر است (این واکنش گرماده است و \(\Delta H < 0\)):\[H^+(aq) + OH^-(aq) \to  H_2O(l)\]
2. اسید معده و نقش آن در گوارش
معده انسان برای هضم غذا و از بین بردن باکتری‌های مضر، شیره معده ترشح می‌کند. جزء اسیدی و کلیدی این شیره، هیدروکلریک اسید (\(HCl\)) است.
• pH معده: محیط معده بسیار اسیدی است و pH آن در حالت طبیعی در محدوده 1 تا 2 قرار دارد. این یعنی غلظت یون \(H^+\) در معده حدود 0.1 تا 0.01 مول بر لیتر است.

• بیماری‌های گوارشی: گاهی اوقات به دلایلی مانند پرخوری، استرس یا مصرف غذاهای تند و چرب، ترشح اسید معده از حد طبیعی بیشتر می‌شود. بازگشت این اسید اضافی به مری (رفلاکس) باعث احساس سوزش سر دل (ترش کردن) شده و در درازمدت می‌تواند به دیواره معده آسیب رسانده و زخم معده ایجاد کند. 

3. داروهای ضد اسید و شیمی آن‌ها 

برای تسکین درد و کاهش اسیدیته معده، از داروهایی به نام ضد اسید (آنتی‌اسید) استفاده می‌شود. این داروها در واقع بازهای ضعیف یا نمک‌های بازی هستند که بدون آسیب رساندن به بافت‌های بدن، اسید اضافی معده را بر اساس فرایند خنثی شدن، از بین می‌برند. 

رایج‌ترین ترکیبات فعال در داروهای ضد اسید و واکنش‌های آن‌ها با \(HCl\)معده:

الف) منیزیم هیدروکسید \(Mg(OH)_{2}\): 

این ماده که به صورت سوسپانسیون در آب با نام «شیر منیزیم» شناخته می‌شود، یکی از معروف‌ترین ضد اسیدهاست. واکنش خنثی شدن آن: \[Mg(OH)_{2}(s) + 2HCl(aq) \rightarrow MgCl_{2}(aq) + 2H_{2}O(l)\] ویژگی: هر یک مول از این باز، ظرفیت خنثی کردن دو مول اسید معده را دارد. 

ب) آلومینیوم هیدروکسید \(Al(OH)_{3}\): 

بسیاری از شربت‌های معده حاوی مخلوطی از هیدروکسید آلومینیوم و منیزیم هستند. \[Al(OH)_{3}(s) + 3HCl(aq) \rightarrow AlCl_{3}(aq) + 3H_{2}O(l)\] ویژگی: قدرت خنثی‌کنندگی بالایی دارد زیرا هر مول از آن، سه مول HCl را خنثی می‌کند. 

ج) سدیم هیدروژن کربنات یا جوش شیرین \(NaHCO_{3}\): یک نمک بازی است که به سرعت عمل می‌کند، اما به دلیل تولید گاز، باعث نفخ می‌شود. \[NaHCO_{3}(s) + HCl(aq) \rightarrow NaCl(aq) + H_{2}O(l) + CO_{2}(g)\]تست حرفه ای
روت:خنثی شدن-pH-استوکیومتری
سطح: سخت (تحلیل و ترکیب)
سوال:
یک قرص ضد اسید به جرم 1.2 گرم، حاوی 58% جرمی منیزیم هیدروکسید (\(Mg(OH)_{2}\)) به عنوان تنها ماده موثره است. این قرص پس از مصرف در معده یک بیمار، به طور کامل با اسید معده واکنش می‌دهد. اگر فرض کنیم pH شیره معده بیمار دقیقاً برابر با 1 باشد، این یک عدد قرص می‌تواند چند میلی‌لیتر از شیره معده را به طور کامل خنثی کند؟ (بقیه جرم قرص مواد پرکننده خنثی است و در واکنش شرکت نمی‌کند.)
\[ (H = 1, O = 16, Mg = 24 : g.mol - 1) \]1) 120 میلی‌لیتر      2) 200 میلی‌لیتر      3) 240 میلی‌لیتر      4) 100 میلی‌لیتر

راهنمایی برای دانش‌آموز:
این یک تست ترکیبی عالی از سه مفهوم است: ۱. درصد خلوص (برای یافتن جرم خالص (\(Mg(OH)_{2}\)). ۲. تبدیل pH به غلظت مولی اسید ([\(H^{+}\)]). ۳. استوکیومتری واکنش خنثی شدن بین \(Mg(OH)_{2}\) و \(HCl\). دقت کنید که منیزیم هیدروکسید ظرفیت ۲ دارد (هر مول آن دو مول\(H^{+}\)مصرف می‌کند).

پاسخ تشریحی:
گزینه (3) صحیح است.

گام اول: محاسبه جرم و مول خالص ماده موثره
جرم خالص \(Mg(OH)_{2}\) در قرص با استفاده از درصد خلوص به دست می‌آید:
جرم خالص\( Mg(OH)_{2} = 1.2 g \times \frac{58}{100} = 0.696 g\)
جرم مولی منیزیم هیدروکسید: \(24 + 2(16 + 1) = 58 g.mol^{-1}\)
تعداد مول\(Mg(OH)_{2} = \frac{0.696 g}{58 g.mol^{-1}} = 0.012 mol\)

گام دوم: محاسبه غلظت اسید معده از روی pH اسید معده همان \(HCl \)(یک اسید قوی تک‌ظرفیتی) است. \[pH = 1 \Rightarrow [H^+] = 10^{-pH} = 10^{-1} = 0.1 \ mol. \ L^{-1}\] پس غلظت \(HCl \)برابر \(0.1 mol. L^{-1}\) است. گام سوم: استوکیومتری واکنش خنثی شدن معادله واکنش به صورت زیر است: \[Mg(OH)_2(s) + 2HCl(aq) \rightarrow MgCl_2(aq) + 2H_2O(l)\] طبق نسبت‌های استوکیومتری، هر 1 مول \(Mg(OH)_2\) با 2 مول \(HCl \)واکنش می‌دهد. تعداد مول \(HCl \)مورد نیاز \[HCl = 0.012 \ mol \ Mg(OH)_2 \times \frac{2 \ mol \ HCl}{1 \ mol \ Mg(OH)_2} = 0.024 \ mol \ HCl\] گام چهارم: محاسبه حجم اسید معده با داشتن تعداد مول و غلظت مولی، حجم محلول را محاسبه می‌کنیم:\[M = \frac{n}{V} \Rightarrow V = \frac{n}{M}\] \[V = \frac{0.024 mol}{0.1 mol. L^{-1}} = 0.24 L\] برای تبدیل به میلی‌لیتر، عدد را در 1000 ضرب می‌کنیم: \[0.24 L \times 1000 = 240 mL\]بنابراین، این قرص می‌تواند 240 میلی‌لیتر از اسید معده را خنثی کند.