الخميس، 13 أكتوبر، 2016

مفهوم لويس للحموض و القواعد


مفهوم لويس للحموض و القواعد :-
الحمض : المادة التي تستقبل زوجا ( أو أكثر ) من الإلكترونات غير الرابطة من مادة أخرى .
القاعدة : المادة التي تمنح زوجا ( أو أكثر ) من الإلكترونات غير الرابطة الى مادة أخرى .
ملاحظة :
لاحظ من التعريف أن لويس يشترط في القاعدة أن تمتلك زوجا ( أو أكثر ) من الالكترونات غير الرابطة . ومن أشهر قواعد لويس
( I , Br , Cl , F ) :X:- , CN- , NH3 , H2O
مميزات تعريف لويس :
        · أكثر شمولية من تعريف أرهينوس و تعريف برونستد لوري .
        · يفسر التفاعلات بين الحموض و القواعد و التي لا تشتمل على انتقال البروتونات ( H+ ) .
        · حموض لويس تشمل حموض أرهينوس و حموض برونستد لوري ، و لا تتعارض معها .
        · قواعد لويس  تشمل قواعد أرهينوس و قواعد برونستد لوري ، و لا تتعارض معها .


مثال :
BF3     +     NH3                       H3N+    +    BF3

     F                                               H                    F
                          ..
    B          +       N                        H         N        B
 

F             F     H     H        H               H             F           F
   حمض لويس             قاعدة لويس                          رابطة تناسقبة
تذكر أن تهجين البورون هو sp2 ( مثلث مسطح ) و لديه فلك p فارغ ( غير مهجن ) يستقبل زوج الالكترونات غير الرابطة من ذرة N في جزيء NH3 .

ملاحظه :
- لاحظ أن مفهوم أرهينوس لا يستطيع تفسير هذا التفاعل ، لأن كلا من الحمض و
القاعدة لا يحتويان على H+ و OH- في صيغتهما على الترتيب .
كما أن مفهوم برونستد لوري لا يستطيع تفسيره ، لأنه لم يتضمن انتقال H+
من الحمض الى القاعدة .

-          إن الرابطة التي تنشأ بين حمض لويس و قاعدة لويس هي رابطة تناسقية و التي
تتكون من ارتباط القاعدة بالحمض من خلال زوج الإلكترونات الذي تمنحه
للحمض .



أمثله على تفاعلات لويس للحموض و القواعد :
1-  HCl     +   H2O                    H3O+     +   Cl-
     حمض            قاعدة  
2- NH3      +   H2O                   NH4+     +   OH-
حمض                   قاعدة
 3- NH3       +  HCl                     NH4+     +  Cl-
قاعدة                   حمض
4-  Ag+       +   2NH3                  [ H3N – Ag – NH3 ]+
حمض                  قاعدة
5-  Cd+2       + 4I-                       [ CdI4 ]-2
حمض                   قاعدة
6-  Fe+3        +  CN-                    [ Fe( CN)6]-3
حمض                 قاعدة
7-  Cu+2       +  4H2O                  [ Cu ( H2O)4]+2
      حمض            قاعدة
مثال : في التفاعل الآتي :-
NH3           +     HCl                  NH4Cl
فسر سلوك الأمونيا وفق مفهوم :
1- برونستد لوري  .                  2- لويس .
الحل :
1-     تسلك الأمونيا كقاعدة برونستد لوري لأنها تستقبل بروتونا ( H+ ) من الحمض HCl .
2-     تسلك الأمونبا كقاعدة لويس لأنها تمنح زوجا من الالكترونات غير الرابطة للحمض HCl .

مثال (2) : ادرس التفاععلات الآتية ثم أجب عن الاسئلة التالية :
1- BF3  +  F-                     BF4-

2- H2CO3  +   SO3-2                  HSO3-    +   HCO3-

3-  CH3COOH  +  NaOH               CH3COONa    +    H2O

1-     أي التفاعلات يتفق و مفهوم أرهينوس للحمض و القاعدة ؟ فسر اجابتك .
2-     هل يستطيع تعريف برونستد لوري تفسير التفاعل الأول ؟ لماذا ؟
3-     أي التعريفات الثلاثة للحموض و القواعد يستطيع تفسير التفاعلات الثلاثة أعلاه ؟
4-     فسر كيف يحدث التفاعل الأول وفق مفهوم لويس ، ثم حدد الحمض و القاعدة .
5-     أي الانواع الآتية تسلك كحمض أو كقاعدة وفق مفهوم برونستد لوري ؟
 ( CH3COOH , H2O , HSO3- , H2CO3 , SO3-2 , HCO3- )
6-     أي الأنواع الآتية تعد قاعدة وفق مفهوم أرهينوس ؟
( NaOH(aq) , H2O(l) , SO3-2(aq)     , NaOH(s) )

الحل :
1-      التفاعل الثالث ، لوجود ( H+ ) في صيغة الحمض ووجود ( OH-  ) في القاعدة ، و التفاعل في وسط مائي .

2-     لا لأنه لا يتضمن انتقال بروتون (H+ ) من الحمض الى القاعدة .

3-     مفهوم لويس ، لأنه أكثر شمولية من تعريف كل من أرهينوس و برونستد لوري .

4-     تمنح قاعدة لويس (F- ) زوجا من الالكترونات غير الرابطة لحمض لويس ( BF3 ) الذي تمتلك فيه ذرة ( B ) فلكا فارغا غير مهجن ، فتنشأ بينهما رابطة تناسقية .

5-     HCO3- و  HSO3-     ( كحمض أو كقاعدة ) لأنها تستطيع أن تمنح أو تستقبل ( H+ ) ، وكذلك الماء ( H2O ) يمكن أن يكون حمضا أو قاعدة في تفاعلات برونستد لوري .

6-      NaOH(aq  لأن أرهينوس يشترط وجود (OH-) في صيغة القاعدة التي تعطي هذا الأبون عند ذوبانها في الماء (محلول مائي) .
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
 استطاع مفهوم لويس تفسير تفاعلات الحموض والقواعد ، التي لا يحدث خلالها انتقال بروتونات (H+ ) من الحمض الى القاعدة .
BF3    +    : NH3                   H3Nــ BF3
                                                                       تنشأ رابطة تناسقية                       قاعدة                حمض
استطاع مفهوم لويس تفسير السلوك الحمضي للأيونات الموجبة للفلزات ، و خاصة ( الفلزات الانتقالية ) ، على أساس أنها تحتوي على أفلاك فارغة قادرة على استقبال أزواج من الإلكترونات ، من بعض الجزيئات و الأيونات الغنية بالإلكترونات مثل ( X- , OH- , H2O , NH3  )
Rectangle avec flèche vers la gauche: تعريف أرهينوس خلاصة : تطور مفهوم الحمض و القاعدة من الخاص " المحدد " الى العام " الشامل " :
                                  الحمض : كل مادة تحتوي على الهيدروجين ، و لها القدرة على إعطاء ( H+ ) عند ذوبانها في الماء .
                                  القاعدة : كل مادة تحتوي على الهيدروكسيد ، و لها القدرة على إعطاء ( OH- ) عند ذوبانها في الماء .

Rectangle avec flèche vers la gauche: تعريف (بونستد – لوري )                                                     الحمض : كل مادة لها القدرة على إعطاء بروتون ( H+ ) .
                                                    القاعدة : كل مادة لها القدرة على استقبال بروتون ( H+ ) .


Rectangle avec flèche vers la gauche: تعريف أرهينوس
 
                                    الحمض : كل مادة لها القدرة على استقبال زوج إلكترونات أو أكثر .
                                    القاعدة : كل مادة لها القدرة على منح زوج إلكترونات أو أكثر .
استطاع تعريف لويس :
        تفسير تفاعلات الحموض و القواعد التي لا تشتمل على انتقال بروتونات .
        تفسير سلوك الأيونات الموجبة للفلزات كحموض ، وذلك لأنها تحتوي على أفلاك فارغة قادرة علي استقبال أزواج من الإلكترونات.


القوى النسبية للحموض و القواعد :-
يبحث هذا الفصل في مقارنة القوى النسبية بين الحموض و القواعد من جهة ، و الخصائص الحمضية و القاعدية لمحاليل الأملاح و كذلك حالة الاتزان في تفاعلات الحموض و القواعد الضعيفة ، و ذلك بالتركيز على مفهوم برونستد _ لوري الذي يتضمن تعريفه التفاعلات التي يتم خلالها انتقال ( H+ ) من الحمض الى القاعدة و بخاصة تلك التفاعلات التي تتم في وسط مائي و التي تشكل غالبية التفاعلات الحمضية و القاعدية .
القوى النسبية للحموض و القواعد :-
لنرجع الى التفاعل  :
HCl    +     H2O                   H3O+       +       Cl-
 عرفنا أن HCl حمض قوي ( تام التأين ) لذلك مثلنا التفاعل بسهم باتجاه واحد ( باتجاه النواتج ) ، وهذا يعني أن التفاعل العكسي غير وارد في هذه الحالة فالحمض HCl منح بروتونا ( H+  ) للقاعدة ( H2O ) التي استقبلت هذا البروتون .
و بالمقابل ، فان الحمض المرافق  (H3O+    ) أقل قدرة على منح (H+ ) للقاعدة المرافقة (Cl-   ) للحمض .
وفق مفهوم برونستد _ لوري :-     الحمض الأقوى هو الأكثر ميلا لمنح البروتون .
                                       القاعدة الأقوى هي الأكثر ميلا لاستقبال البروتون .
     HCl    +     H2O                   H3O+       +       Cl-
                                                          قاعدة أضعف          حمض أضعف            قاعدة أقوى      حمض أقوى
                                                         من ( H2O )          من HCl               من (Cl-   )    من(H3O+ )
استنتاج :
        ·  يرجح التفاعل دائما جهة الحمض الأضعف و القاعدة الأضعف .
        · كلما كان الحمض أقوى (HCl ) كانت قاعدته المرافقة أضعف (Cl-   ) .
        · كلما كانت القاعدة أقوي ( H2O ) كان حمضها المرافق أضعف (H3O+ ) .
        · العكس صحيح أيضا .

لنأخذ مثلا تأين القاعدة القوية ( NaOH ) :-
NaOH    + H2O                   Na+    + H2O  + OH-
لاحظ أن الجهة التي يرجحها التفاعل هي جهة النواتج دائما ، لأن القاعدة NaOH تامة التأين .


 



في حالة الحموض القوية :-
حمض أقوى        +      قاعدة أقوى                    حمض أضعف  +  قاعدة أضعف
أما في حالة القواعد القوية :-
 أقوى   قاعدة  +      حمض أقوى       قاعدة أضعف  +  حمض أضعف





مثال : الحموض الآتية مرتبة وفق قوتها :-
     HNO3   >  HF       >   CH3COOH     >   HCN
يكون الترتيب المناسب لقواعدها المرافقة وفق قوتها ) CN-     >   CH3COO-  > F-    >   NO3- (

مثال ( 2 ) : اذا كانت القواعد الآتية مرتبة وفق قوتها :_     
     HCO3-  > NO2-      > F-   > HSO3-  .
يكون الترتيب المناسب لحموضها المرافقة وفق قوتها .
     H2CO3   <  HNO2   < HF < H2SO3   .

مثال ( 3 ) :-
اذا كانت قيمة Kb للأمونيا ( NH3 ) = 1.8 x 10 5 .
وكانت قيمة Kb للهيدرازين ( N2H4 ) = 1x 10 6 .
فأيهما أقوى كحمض NH4+ أم N2H5+ ؟ و لماذا ؟

الحل :- (N2H5+   )  اقوى كحمض . لأن ( N2H4 ) قاعدة أضعف .
فالقاعدة الأضعف ، يكون حمضها المرافق أقوى ، بينما القاعدة الأقوى يكون حمضها المرافق أضعف .
لنأخذ الآن حمض الايثانويك الضعيف نسبيا والذي يتأين جزئيا في الماء :-
   CH3COOH      +   H2O                     CH3COO-   +       H3O+
                                          حمض أقوى              قاعدة أقوى                  قاعدة أضعف        حمض أضعف
                                     من CH3COOH        من H2O           من (CH3COO-     )   من (H3O+   )
لاحظ أن التفاعل يرجح جهة المواد المتفاعلة ( جهة الأضعف ) ، حيث أن الحمض CH3COOH ضعيف ، لذلك يتأين جزئيا في الماء ( بمقدر أهمل في الحسابات السابقة ) لذلك فان جزيئات الحمض غير المتأينة (CH3COOH ) هي السائدة في المحلول ، لذلك يميل التفاعل الى جهة المواد المتفاعلة ، و يعبر عن هذا الميل ( في حالة الاتزان ) بسهمين يكون السهم المتجه  نحو الجهة التي يرجحها أطول ، و يكتب على النحو التالي :-
CH3COOH      +   H2O                     CH3COO-   +       H3O+

بوجه عام  :                                 حمض قوى    +     قاعدة قوية                           ماء      +    حمض ضعيف
                                                  قاعدة قوية    +     حمض قوي                           ماء      +    قاعدة ضعيفة

 مثال :-
      NH3     +     H2O                      NH4+       +    OH
                                              قاعدة أقوى من           حمض أقوى من               حمض أضعف       قاعدة أضعف
                                                 NH3 H2O                                      من (NH4+  )
الحكم على حمض أو قاعدة أنه قوي أو ضعيف هو نسبي . أي
مقارنة بالحمض المقابل  أو القاعدة المقابلة في التفاعل.



نستنتج أن : الحموض الضعيفة و القواعد الضعيفة عند تأينها في الماء فان الجهة التي يرجحها الأتزان ( التفاعل ) هي جهة المتفاعلات    ( الأضعف ) و هذا يؤيد الاستنتاج السابق الذي توصلنا له .

يمكن أن نستدل على قوة القاعدة المرافقة للحمض أو
الحمض المرافق للقاعدة على النحو التالي :
Ka         x       Kb        =      Kw
للحمض          للقاعدة المرافقة        1 x 10-14
أو
Kb        x       Ka      = Kw            
للقاعدة       للحمض المرافق           1 x 10-14
مثلا :
Kb ( N2H4 ) = 1 x 10-6
Ka ( N2H5+ ) = 1 x 10-8

مثال :- اذا علمت أن Kb ( NH3 ) = 1.8 x 10-5
                       Kb ( N2H4 ) = 1 x 10-6
· اكتب معادلة التفاعل بين محلول الهيدرازين ( N2H4 )
      و محلول كلوريد الأمونيوم ( NH4Cl ) .
· حدد الجهة التي يرجحها الاتزان .
الحل :-
                                                               N2H4    +    NH4+Cl-              N2H5+Cl-   +   NH3
Kb =1.8 x 10-5 حمض أقوى         حمض أضعف  Kb   = 1 x 10-6
 أفوى                 من NH4+         من N2H5+         أضعف

-          الجهة التي يرجحها التفاعل هي جهة المواد المتفاعلة :-

                            N2H4   +     NH4+                     N2H5+       +      NH3

مثال ( 2 ) :-   اذا علمت أن Ka ( H2SO3 )  = 1.7 x  10-2
                                 Ka  ( NH4+ ) =   5.6 x  10-10
اكتب معادلة تفاعل محلول الامونيا مع محلول H2SO3  ثم حدد الجهة التي يرجحها الاتزان .
الجل :-
        H2SO3       +        NH3                      HSO3-     +     NH4+
  Ka  = 5.6 x 10-10     أضعف                        أقوى          Ka = 1.7 x  10-2 
                                  أضعف من H2SO3                                                           أقوى من NH4+
يرجح الاتزان جهة المواد الناتجة ( جهة المكونات الأضعف )
عندما يكون الحمض الضعيف أو القاعدة الضعيفة غير متفاعلة مع الماء ، مثل التفاعل التالي :-
         HNO3      +      NH3                     NH4+     +     NO3-
                                            قاعدة ضعيفة           حمض ضعيف                 قاعدة قوية           حمض قوي
                                      أضعف من NH3        أضعف من HNO3       أقوى من NO3-    أقوى من NH4+
لذلك من السهل أن نقرر الجهة التي يرجحها التفاعل هي جهة المواد الناتجة ( الأضعف ) .

سؤال :-   اكتب معادلة التفاعل الذي يحدث بين محلول ايثانوات الصوديوم CH3COONa  و محلول حمض الهيدروفلوريك
              ( HF ) . اذا علمت أن   Ka  ( CH3COOH )  = 1.8 x 10-5
                                          Ka  ( HF )  = 7.1 x 10-4
            أيهما أقوى كقاعدة : CH3COO-  أم F-  ؟ 

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق