تفاعل حمض-قاعدة

أحماض و قلويات:

• استخلاص حمض-قلوي
• تفاعل حمض-قلوي
• ثابت تشرد الحمض
• دالة الحموضة
• محلول وقاء
• pH
• ألفة البروتون
• التأين الذاتي للماء
• أحماض :
  • حمض لويس
  • حمض معدني
  • حمض عضوي
  • حمض قوي
  • حمض فائق
  • حمض ضعيف
• قلويات:
  • قلوي لويس
  • قلوي عضوي
  • قلوي قوي
  • قلوي فائق
  • قلوي هاربون
  • قلوي ضعيف

التفاعل الحمضي-القلوي تفاعل كيميائي يحدث بين الحمض والقلوي. عدة مصطلحات تستخدم هنا لوصف آليات التفاعل وشرح هذه التفاعلات وتطبيقاتها. بالرغم من تشابه تعريفات الحمض والأساس فإن كل تعريف له أهميته واستخداماته في تفاعلات حمض-قلوي بالنسبة إلى تفاعلات السوائل والغازات .

أول هذه التعريفات كان عن طريق الكيميائي الفرنسي أنطوان لافوازييه حوالي عام 1776

تستند دراسة تفاعل حمض-قلوي إلى مفهوم يوهانس نيكولاوس برونستد و توماس لوري . ورغم أنهما اعتمدا في صياغتهما تعريف سفانت أرينيوس عن تفاعلات وضع بروتون مع الماء فقد قاما بتعميم ذلك التفاعل على غير الماء . وفي وقتنا الحاضر نعتمد كثيرا على تعريف جليبرت لويس .

تعريف أرهينيوس

قام أرهينيوس عام 1887 بصياغة مفهوم حمض-قاعدة معتمدا على نظرية التأين , وظاهرة التوصيل الكهربائي المعين عمليا على محاليل الأملاح في الماء و كذلك محاليل أحماض أو قواعد . وكان ارهينيوس يجري تجاربه على محاليل الأملاح باعتبارها كهارل ، كما استخدم الأحماض أيكا في التحليل الكهربائي . وتبين له لأن تلك المواد تتفكك في الماء ، ويرتبط توصيلها للكهرباء بتكوينها جزيئات موجبة الشحنة تتحرك في المحلول ويسمى الواحد منها كاتيون ، وجزيئات سالبة الشحنة الكهربية يسمى الواحد منها أنيون.

الأحماض

تتسم خاصية الأحماض أنها تتفكك في محلول إلى أيونات الهيدروجين H⁺ موجبة الشحنة ، و أنيونات سالبة الشحنة . , أي يتفكك جزيئ الحمض إلى:

$$\begin{gathered} \mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{i}\mathrm{d}\mathrm{\rightleftharpoons } \\ {\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{A}\mathrm{n}\mathrm{i}\mathrm{o}\mathrm{n} \end{gathered}$$

من الأمثلة على ذلك تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع الماء، وتفاعل حمض الزقيك مع الماء ، و سيانيد الهيدروجين مع الماء:

$$\begin{gathered} \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l} \\ \mathrm{\rightleftharpoons } \\ {H}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{C}{l}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{-}} \end{gathered}$$

$$\begin{gathered} {\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{-}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H} \\ \mathrm{\rightleftharpoons } \\ {H}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{+}} \\ \mathrm{+} \\ {\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{-}\mathrm{C}\mathrm{O}{O}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{-}} \end{gathered}$$

$$\begin{gathered} \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{N} \\ \mathrm{\rightleftharpoons } \\ {H}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{C}{N}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{-}} \end{gathered}$$

تتسم تلك الكهارل بتوازن تفكك أو توازن كيميائي . ويمكن تصنيف الاحماض إلى أحماض قوية ، واحماض متوسطة القوة وأحماض ضعيفة . فمثلا ينتمي حمض سيانيد الهيدروجين إلى الأحماض الضعيفة حيث يتفكك بدرجة قليلة في الماء. أما حمض الهيدروكلوريك فهو يتفكك بدرجة عالية في الماء وينتمي إلى الاحماض القوية.

القواعد

تتفكك مركبات القواعد في الماء إلى أيون هيدروكسيد (OH⁻) و كاتيون . وأهم تلك الأملاح هي هيدروكسيدات المعادن ، حيث ينفصل ايون الهيدروكسيد السالب الشحنة عن كاتيون المعدن (موجب الشحنة) .

$\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{l}\mathrm{h}\mathrm{y}\mathrm{d}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{x}\mathrm{i}\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{\rightleftharpoons }\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{y}\mathrm{d}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{x}\mathrm{i}\mathrm{d}\mathrm{i}\mathrm{o}\mathrm{n}$

ونذكر هنا تفاعل هيدروكسيد الصوديوم و هيدروكسيد الكالسيوم عند ذوبانهما في الماء:

$$\begin{gathered} \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H} \\ \mathrm{\rightleftharpoons } \\ \mathrm{N}{a}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{O}{H}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{-}} \end{gathered}$$

$$\begin{gathered} \mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}} \\ \mathrm{\rightleftharpoons } \\ \mathrm{C}{a}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{2} \\ \mathrm{O}{H}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{-}} \end{gathered}$$

الصوديوم ، أحادي التكافؤ ولهذا فله شحنة موجبة واحدة .

و الكالسيوم ، ثنائي التكافؤ ولهذا فله شحنتان موجبتان .

التعادل وتكوين الأملاح

نسمى تفاعل حمض قوي أو حمض متوسط القوة مع كمية مكافئة من قلوي قوي أو قلوي متوسط القوة تعادل كيميائي . ينتج عن هذا التفاعل محلول ملح (كيمياء):

$$\begin{gathered} \mathrm{S}\ddot{\mathrm{a}}\mathrm{u}\mathrm{r}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{e} \\ \underset{}{\overset{Neutralisation}{\to }} \\ \mathrm{S}\mathrm{a}\mathrm{l}{\mathrm{z}}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}\mathrm{+}\mathrm{W}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{s}\mathrm{e}\mathrm{r} \end{gathered}$$

$$\begin{gathered} \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H} \\ \mathrm{\rightleftharpoons } \\ \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O} \end{gathered}$$

تتحد أيونات في هذا التفاعل H⁺- و OH⁻ وتكون الماء ، حيث يكون الماء متعادلا وله أس هيدروجيني pH=7

$$\begin{gathered} {\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{\mathrm{-}}\mathrm{⟶} \\ {\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O} \end{gathered}$$

والأملاح مركبات تذوب في الماء وتتفكك وتتفكك أيضا عند الانصهار إلى أيون قاعدي وأيون حمضي . ويعادل التفاعل الموصوف أعلاه محلول من كلوريد الصوديوم في الماء ولا يختلف عنه.

$$\begin{gathered} \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l} \\ \mathrm{\rightleftharpoons } \\ \mathrm{N}{a}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{C}{l}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{-}} \end{gathered}$$

حلمهة بسبب ذوبان ملح

يسمى التفاعل المعكوس لتعادل حمض و قاعدة حلمهة أو تحلل الماء . وتحدث الحلمهة في الماء عندما يكون أيون حمض قوي في المركب و أيون قاعدة ضعيفة فنقول أن المحلول حمضي (pH<7) أو بالعكس عندما يكون القاعدة قوية والحمض ضعيف فيتكون محلول قلوي ذو (pH>7) .

كما نسمي تلك الأملاح أملاحا حمضية أو بالتالي أملاحا قاعدية.

$$\begin{gathered} \mathrm{S}\mathrm{a}\mathrm{l}\mathrm{t}\mathrm{+}\mathrm{W}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{e}\mathrm{r} \\ \underset{}{\overset{hydrolyse}{\to }} \\ \mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{i}\mathrm{d}\mathrm{+}\mathrm{b}\mathrm{a}\mathrm{s}\mathrm{e} \end{gathered}$$

عندما نذيب سيانيد الصوديوم في الماء ينكون من الجزء الحامضي الضعيف جزيئات سيانيد الهيدروجين . في نفس الوقت يتكون هيدروكسيد الصوديوم ويجعل المحلول قاعديا:

$$\begin{gathered} \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{N}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O} \\ \mathrm{\rightleftharpoons } \\ \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{N}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}{\mathrm{H}}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}} \end{gathered}$$

بالمثل يتكون في محلول كلوريد الأمونيوم أمونيا وحمض هيدروكلوريك متفكك مما يجعل المحلول حمضيا .

$$\begin{gathered} \mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O} \\ \mathrm{\rightleftharpoons } \\ \mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}} \end{gathered}$$

ويمكن استنباط ثابت الحلمهة K_Hydr. لأحد الأملاح . ففي حالة أن يكون الجزء الحامضي ضعيفا نحصل على:

$$\begin{gathered} K_{\mathrm{H}\mathrm{y}\mathrm{d}\mathrm{r}\mathrm{.}}=\frac{c_{\mathrm{H}\mathrm{A}}\cdot c_{\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{\mathrm{-}}}}{c_{{\mathrm{A}}^{\mathrm{-}}}} \\ (=\frac{K{\mathrm{W}}_{}}{K{\mathrm{S}}_{}}=K_{\mathrm{B}}) \end{gathered}$$

أما في حالة قاعدة ضعيفة ، نحصل على :

$$\begin{gathered} K_{\mathrm{H}\mathrm{y}\mathrm{d}\mathrm{r}\mathrm{.}}=\frac{c_{{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}}\cdot c_{\mathrm{B}\mathrm{O}\mathrm{H}}}{c_{{\mathrm{B}}^{\mathrm{+}}}} \\ (=\frac{K{\mathrm{W}}_{}}{K{\mathrm{B}}_{}}=K_{\mathrm{S}}) \end{gathered}$$

وفي كلتا الحالتين يحدث توازن طبقا لتعريف برونستد و لوري حيث K_B ثابت القاعدة ، و ثابت الحمض K_a وحاصل ضرب تركيز الأيونات السالبة والموجبة $K_{\text{W}}=c_{{{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{O}}^{\mathrm{+}}}\cdot c_{\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{\mathrm{-}}}$.

ملحوظة : يعبر في المعادلة عن تركيز كما هو مصطلح عليه بأقواس قائمة.

اقرأ أيضا

• توزيع إلكتروني
• بنية لويس
• بنية الطنين ‏‏
• إضافة بروتون - نزع بروتون
• استبدال شغوف بالنواة وأكسدة-اختزال
• أس هيدروجيني

مراجع

1. Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991) "Inorganic Chemistry" 2^nd ed. Pearson Prentice-Hall
2. Clayden, J., Warren, S., et al. (2000) "Organic Chemistry" Oxford University Press
3. Meyers, R. (2003) "The Basics of Chemistry" Greenwood Press
4. Lux, Hermann (1939). ""Säuren" und "Basen" im Schmelzfluss: die Bestimmung. der Sauerstoffionen-Konzentration". Ztschr. Elektrochem 45 (4): 303–309. 
5. Translated as: Lux, Hermann: “Acids” and “bases” in a fused salt bath: the determination of oxygen-ion. In: Journal of Electrochemistry, Vol 45 (1939), S. 303–309
6. Drago, Russel S.; Whitten, Kenneth W. (1966). "The Synthesis of Oxyhalides Utilizing Fused-Salt Media". Inorg. Chem. 5 (4): 677 - 682. doi:10.1021/ic50038a038. 
7. H. L. Finston and A. C. Rychtman, A New View of Current Acid-Base Theories, John Wiley & Sons, New York, 1982, pp. 140–146.
8. Franz, H. (1966). "Solubility of Water Vapor in Alkali Borate Melts". J. Am. Ceram. Soc. 49 (9): 473–477. 
9. International Union of Pure and Applied Chemistry (2006) IUPAC Compendium of Chemical Terminology, Electronic version Retrieved from International Union of Pure and Applied Chemistry on 09 May, 2007 on URL http://goldbook.iupac.org/O04379.html
10. Murray, K. K., Boyd, R. K., et al. (2006) "Standard definition of terms relating to mass spectrometry recommendations" International Union of Pure and Applied Chemistry.

وصلات خارجية

• Acid-Base Tutorial
• Acid-base Physiology: an on-line text
• John W. Kimball's online Biology book section of acid and bases.
• Lavoisier, Davy, and Liebig theories at the ChemTeam Tutorials

ملف:Nuvola apps edu science.svg

هذه بذرة مقالة عن الكيمياء تحتاج للنمو والتحسين، فساهم في إثرائها بالمشاركة في تحريرها.

an:Reacción aceto-base ca:Reacció àcid-base de:Säure-Base-Konzepte el:Αντίδραση οξέος-βάσης Acid–base reaction]] es:Reacción ácido-base fi:Happo-emäsreaktio fr:Réaction acido-basique hu:Sav-bázis elméletek is:Sýru-basa hvarf it:Reazione acido-base ja:酸と塩基 nl:Zuur-basereactie no:Syre-base-reaksjoner pt:Reação ácido-base ru:Теории кислот и оснований sh:Teorije kiselina i baza sr:Теорије киселина и база su:Téori réaksi asam-basa tl:Ganting asido-base zh:酸碱理论