الخميس، 13 أكتوبر، 2016

تعريفات الحموض و القواعد

 

تعريفات الحموض و القواعد:-

الصفات الطبيعية و الكيميائية :
الحموض : طعمها حمضي ، موصلة للكهرباء  ، تغير ورق عباد الشمس إلى اللون الأحمر ، تتفاعل مع الفلزات     ( النشيطة ) التي لها جهود اختزال سالبة بوجه عام وينطلق غاز H2 .
القواعد : طعمها مر ، موصلة للكهرباء ، تغير ورق عباد الشمس إلى اللون الأزرق ، تتفاعل مع الحموض ( تفاعل تعادل ) فيتكون الملح .
مفهوم أرهينوس للحمض و القاعدة :
الحمض : مركب يعطي أيونات H+ عند ذوبانه في الماء ( HX ) .
القاعدة : مركب يعطي أيونات OH- عند ذوبانه في الماء ( BOH ) .
و من الأمثلة على حموض أرهينوس :  .HCN , H2SO4 , CH3COOH , HNO3 , HCl
و من الأمثلة على قواعد أرهينوس : Ba(OH)2 , KOH , NOH
اشترط أرهينوس وجود (H+ ) في الحمض ووجود (OH- ) في القاعدة بعد ذوبانهما في الماء .
تتأين الحموض في الماء ( وفق مفهوم أرهينوس ) وفق المعادلة الآتية:
 HX      H2O          H+    + X 
                                                                                     

 HCl       H2O          H+     + Cl-                                                                                   

     
تتأين القواعد في الماء وفق المعادة الآتية :

BOH     H2O         B+     +   OH-


NaOH      H2O          Na+   +   OH-

لا يعتبر المركب حمضا أو قاعدة إلا إذا كان ذائبا في الماء aq   )   (         

تفاوت تأين الحموض و القواعد :
تتفاوت درجة تأين الحموض والقواعد في الماء فمنها ما يتأين بدرجة تامة ( كليا ) في الماء ، ومنها ما يتأين بصورة قليلة ( جزئيا ) في الماء :
الحموض التي تتأين كليا في الماء تدعى (حموض قوية ) مثل : HI , HBr , H2SO4 , HNO3 , HCl
و قد استنتج أرهينوس قوة هذه الحموض من توصيلها الجيد للكهرباء .
بينما يعتبر حمض الايثانويك CH3COOH حمضا ضعيفا بناءَ على توصيله الضعيف للكهرباء .
وقد مثل أرهينوس معادلة تأينه الجزئي على النحو التالي :
CH3COOH(aq)               H+(aq)  + CH3COO-






 
                                                               أيونات ناتجة من تأين جزء من الحمض                  جزيئات غير متأينة  
القواعد التي تتأين كليا في الماء تدعي ( قواعد قوية ) مثل : Ba(OH)2 , KOH , NaOH
وقد استنتج أرهينوس قوة هذه القواعد من توصيلها الجيد للكهرباء .

أوجه القصور في تعريف أرهينوس :
1.        اقتصر تعريفه على المركبات ( الحموض و القواعد ) في المحاليل المائية . مع أن هناك تفاعلات تتم في وسط غير مائي مثل :
    NH3(g) + HCl (g)                  NH4+   +  Cl-                    (NH4Cl) ملح كلوريد الأمونيوم  
2.      اشتراط احتواء الحمض على ( H+ ) واحتواء القاعدة على ( OH ) . وكما لاحظنا في التفاعل السابق يتفاعل كل من HCl و NH3 لينتج ملح كلوريد الأمونيوم NH4Cl و لا يعتبر أرهينوس HCl(g) حمضا في الحالة الغازية ، كما لا يعتبر NH3(g) قاعدة لعدم احتوائها على (OH ) في صيغتها .
3.     لم يستطع تفسير الخواص الحمضية و القاعدية لمحاليل الأملاح حيث أن الأملاح تنتج من تفاعل تعادل الحمض و القاعدة ، مثل :
HF(aq)  +  NaOH(aq)                 NF(aq)    +    H2O(l)
                                                                        ملح قاعدي التأثير
NH3(g) + HCl (g)                              NH4Cl
                                                                           ملح حمضي التأثير

تمرين (1) : أي من الصيغ الآتية تعد قاعدة وفق مفهوم أرهينوس ؟
CH3COO-(aq) , Ca(OH)2(aq) , NH3(l) , KOH(s)
الحل :    Ca(OH)2(aq) ، لأنها قاعدة تعطي OH- و ذائبة في الماء .
 تمرين (2) : أي المواد الآتية عجز أرهينوس عن تفسير خواصها ؟
H3COONa(aq)  ,  H2CO3 (aq) ,  HNO3 (aq)  ,  Ba(OH)
الحل : H3COONa(aq)         لأنه ملح قاعدي التأثير

أيون الهيدرونيوم (H3O+ ) : و هو أيون ينتج من ارتباط أيون H+ (بروتون ) بجزيء ماء (H2O ) برابطة تناسقية :-
                                                                                                                   ••

H+      + H2O                         H3O+

                   ••         
حيث يسهل استقطاب H+ لصغر حجمه و كثافة الشحنة الموجبة عليه ، لذلك يعتبر هدفا للمواد التي تمتلك أزواجا من الإلكترونات غير الرابطة مثل H2O أو NH3 حيث ترتبط به برابطة مشتركة تناسقية .هذا يعني أن البروتون (H+ ) لا يوجد منفردا في الوسط المائي، بل يوجد متحدا مع جزيء ماء على صورة (H3O+ ) 
ففي التفاعل التالي
HCl(aq)          H2O           H+(aq) + Cl-(aq)

يمكن اعتبار عملية تأين HCl في الماء على أساس انتقال (H+ ) من الحمض HCl و ارتباطه بجزيء الماء لينتج H3O+ :-

HCl(aq) + H2O(l)                      H3O+(aq)     + Cl-(aq) 

في معادلات التأين ، يعتبر الماء مادة متفاعلة مع المادة المتأينة ، حيث ينتقل البروتون H+ من الحموض القوية إلى الماء و يتكون أيون الهيدرونيوم H3O+ :-

   HX     +  H2O           تأين تام                 H3O+(aq)   +   X-

                                                 الأيون السالب      أيون الهيدرونيوم                            ماء         حمض قوي


مفهوم برونستد لوري للحموض و القواعد :-
الحمض : هي مادة تقوم بمنح البروتون لمادة أخرى .
القاعدة : هي مادة تستقبل البروتون من مادة أخرى .
وبناءا على ذلك يمكن اعتبار تأين (HCl) عند إذابته في الماء ، بأنه تفاعل بين حمض وقاعدة وذلك لأن (HCl) منح البروتون فهو الحمض والماء استقبل البروتون فهو القاعدة كما يلي :
    HCl     +     H2O                            H3O+    +    Cl-
                                                       قاعدة              حمض                              قاعدة                حمض
                                                  مستقبل للبروتون     مانح للبروتون               مستقبل للبروتون    مانح للبروتون
ويمكن اعتبار H3O+ هو الحمض لأنه يمنح البروتون لأيون Cl- في التفاعل العكسي ، وبذلك يكون Cl- هو القاعدة لأنه استقبل البروتون.
و يعتبر HCl حمض و القاعدة المرافقة له قي الطرف الآخر هي Cl- و يسمى زوجا من الحمض والقاعدة ، كذلك يعتبر H2O قاعدة و حمضه المرافق له  في الطرف الآخر هو H3O+ و يسمى أيضا زوجا من الحمض و القاعدة .واليك بعض الأمثلة :- صـ404ــ
HNO3   +   H2O                   H3O+    +   NO3-
                                                                                                                قاعدة               حمض
CO3-2   +   H2O                   HCO3-  +  OH-
                                                                                                                   حمض             قاعدة    
F-         +   H2O                   HF         +   OH-
                                                                                                                 حمض               قاعدة    
HSO4-  +   H2O                    H3O+    +  SO4-2
                                                                                                                    قاعدة             حمض
كما يمكن تفسير السلوك القاعدي للأمونيا و الذي عجز عنه أرهينوس وفق مفهوم برونستد لوري  كما يلي :
NH3    +    H2O                   NH4+     +   OH-
                                                                                                                   حمض              قاعدة
H2S     +    H2O                HS-        +   H3O+
           تأين على مرحلتين ، لأنه حمض ثنائي البروتون                                                        قاعدة              حمض
 HS-    +    H2O                   S-2     +   H3O+
                                                                                                                   قاعدة            حمض
   نلاحظ :
1.      أن الماء يسلك في بعض التفاعلات سلوك الحمض إذا تفاعل مع قاعدة أقوى منه ، ويسلك سلوك القاعدة إذا تفاعل مع حمض أقوى منه.
2.      إذا تفاعلت مادة مع الماء و أنتجت أيون H3O+ فيستدل على أنها حمض ، أما إذا أنتجت أيون OH- فيستدل على أنها قاعدة .
ملاحظة :
يعتبر التفاعل العكسي كذلك تفاعلا بين حمض و قاعدة في التفاعلات السابقة فنلاحظ في التفاعل الأخير :
 HS-    +    H2O                   S-2     +   H3
                                                                            قاعدة          حمض                   قاعدة            حمض


وبوجه عام :
HX      +     H2O                   H3O+       +  X-
                                                                   قاعدة مرافقة         حمض مرافق          قاعدة                 حمض
              
  

B          +    H2O                  OH-       +      BH+
                                                              حمض مرافق           قاعدة مرافقة                 حمض            قاعدة    


الخلاصة :
إن التفاعل الذي يتضمن انتقال بروتون من الحمض إلى القاعدة وفق مفهوم برونستد _ لوري يتألف من زوجين مترافقين هما                                 ( الحمض و القاعدة المرافقة ) و ( القاعدة والحمض المرافق )   .  

يتم تحديد القاعدة المرافقة للحمض على النحو التالي :
القاعدة المرافقة     =   الحمض  -  H+ .
و يحدد الحمض المرافق للقاعدة على النحو التالي :
الحمض المرافق     =  القاعدة   +  H+

مثال : -
حدد القاعدة المرافقة لكل من الحموض الآتية :-
NH4+ , HCl , HSO4- , HCOOH
الحل : HCOO-   =   H+   -   HCOOH                                           
                     SO4-2    =   H+   -    HSO4-  
                      Cl-    =   H+   -    HCl
                       NH3  =   H+   -   NH4+
مثال 2 :-
ما الحمض المرافق للقواعد الآتية :-
NH2OH , S-2 , CN- , H2PO4-2
الحل :          H3PO4   =   H+  +  H2PO4-                          
 HCN   =  H+  +  CN-                                    
 HS-   =  H+  +  S-2                                     
NH+3OH   =  H+  + NH2OH                              

ملاحظة : الشحنة التي تظهر علي القاعدة + شحنة البروتون (+1 ) = الشحنة التي تظهر على الحمض .



بالنسبة للماء ، فان ألH3O+  هو الحمض المرافق إذا سلك الماء سلوك القاعدة بينما يكون OH- هو القاعدة المرافقة إذا سلك الماء سلوك الحمض :-
H2O
                                         
                                            سلوك حمض                             سلوك قاعدة
                                         -   H+                                    +  H+ 
                     
                                     قاعدة مرافقة ( OH- )                  حمض مرافق ( H3O+ )

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق