مقدمه ای بر شیمی اسید باز

اسیدها و بازها برای بسیاری از فرآیندها مانند: حفظ هموستاز در بدن، حفظ رشد گیاهان و حفظ آبزیان ضروری هستند. آنها همچنین در محصولات موجود در خانه استفاده می شوند. اسیدها و بازها در محصولات خانگی و مواد غذایی وجود دارند. هیدروکسید سدیم، یک پایه قوی، در پاک کننده های خانگی و صابون ها استفاده می شود. جوش شیرین، یک ترکیب اساسی، به رشد محصولات پخته شده کمک می کند. اسید سیتریک به لیموها طعم ترش می دهد. سرکه حاوی اسید استیک است، اسید رایجی که کاربردهای زیادی دارد، مانند تمیز کردن و نگهداری مواد غذایی، حاوی اسید استیک است. شیمی اسید پایه در همه جا وجود دارد.

شیمی اسید پایه فرآیندهای بیولوژیکی اساسی موجودات زنده را کنترل می کند. کنترل اسیدیته تولید ATP، ارز انرژی سلول. آزمایشگاه های شیمی از شیمی اسید و باز استفاده می کنند. تیتراسیون یک واکنش اسید-باز رایج است. آنها غلظت یک ترکیب را تعیین می کنند.

تاریخچه اسیدها و بازها

Laurent Lavoisier اولین نظریه اسیدها و بازها را ارائه کرد. نظریه او اکتشاف اسیدها و بازها را تسریع کرد. اولین نظریه ای که خواص اسیدها و بازها را منعکس می کند، سوانت آگوست آرنیوس بود. تعریف آرنیوس بیان می کند که اسیدها یون های H+ را در آب تولید می کنند و بازها یون های OH- را در آب تولید می کنند. در این نظریه استثناهایی وجود دارد. به عنوان مثال، آمونیاک می تواند به عنوان یک پایه عمل کند، اما وقتی در آب حل می شود، یون OH- تولید نمی کند.

همراه با اسوانته آگوست آرنیوس، برونستد و لوری نظریه ای را توسعه دادند که بیان می کند اسیدها دهنده پروتون هستند و بازها پذیرنده پروتون هستند. این تئوری تعریف اسید یا باز را گسترش داد زیرا همیشه نباید آب حلال مورد استفاده باشد. گیلبرت ان. لوئیس این فرض را مطرح کرد که اسیدها گیرنده الکترون هستند و بازها اهداکننده الکترون هستند. تئوری لوئیس تعریف اسیدها و بازها را با گنجاندن تبادل الکترون ها حتی بیشتر گسترش داد.

یون ها در محلول های اسید / باز

محلول های آبی معمولاً از ترکیبی از آب، اسیدها، بازها و نمک ها تشکیل شده اند. این ترکیبات ممکن است به طور جزئی یا کامل یونیزه شوند – به این معنی که ترکیب به یون های خود جدا می شود.

به عنوان مثال، در آب خالص، درصد کمی از مولکول های آب به H یونیزه می شوند₃O⁺ (یون های هیدرونیوم) و OH^– یون های (هیدروکسید)

ما از H استفاده خواهیم کرد⁺ به عنوان مخفف H₃O⁺ یون ها، حتی اگر از نظر فنی H⁺ یون ها به خودی خود وجود ندارند.

یون های هیدرونیوم و هیدروکسید در محلول های آبی رابطه عشق و نفرت با یکدیگر دارند. هر چه بیشتر H⁺ یون ها وجود دارد، OH کمتر^– یون ها وجود دارد و بالعکس.

pH چیست؟

pH عددی از 0 تا 14 است که نشان دهنده قدرت اسید یا باز است. در مورد pH بیشتر بخوانید.

اسیدها

اسید چیست؟

اسید مولکولی است که قادر به اهدای پروتون یا تشکیل پیوند کووالانسی با یک جفت الکترون است. در اینجا چند تعاریف دقیق تر از اسید وجود دارد. اسیدها به شکل آبی دارای خواص منحصر به فرد زیادی هستند مانند:

• مزه ترش
• PH کمتر از 7
• H تولید می کند⁺ یون های موجود در آب
• با فلزات واکنش نشان می دهد و گاز هیدروژن تشکیل می دهد
• کاغذ تورنسل آبی را قرمز می کند

قدرت اسیدی

اسیدها دارای سطوح مختلف قدرت هستند. قدرت اسید به توانایی آن در اهدای H بستگی دارد⁺ به یک پایگاه اسیدهای قوی به طور کامل در آب یونیزه می شوند، یعنی یون ها کاملاً از هم جدا می شوند. اسیدهای ضعیف فقط تا حدی در آب جدا می شوند. اسیدهای قوی در تماس با پوست بسیار خورنده و مضر هستند. به طور معمول اسیدهای قوی دارای pH 0-1 و اسیدهای ضعیف دارای pH 2-6 هستند. اسیدهای ضعیف چندان خورنده نیستند و در بدن و غذا یافت می شوند. برای کسب اطلاعات بیشتر، مقاله اسیدها و بازهای قوی و pKa چیست را بخوانید

عواملی که بر قدرت اسید تأثیر می گذارند عبارتند از:

• الکترونگاتیوی عنصر متصل به H
• استحکام پیوند

با افزایش الکترونگاتیوی عنصر متصل به H، اسیدیته مولکول افزایش می یابد. اسیدیته افزایش می یابد زیرا اتم های الکترونگاتیو بیشتر الکترون ها را به شدت به سمت خود می کشند. الکترونگاتیوی قوی باعث قطبی شدن پیوند می شود. اگر پیوند قطبی باشد، هیدروژن به احتمال زیاد از مولکول جدا می شود. استحکام پیوند به اندازه عنصر متصل به H بستگی دارد. هر چه اتم کوچکتر باشد، استحکام پیوند بیشتر است. با افزایش استحکام پیوند بین اتم ها در اسید، اسیدیته مولکول کاهش می یابد. به عنوان مثال، اسید هیدروفلوئوریک، HF یک اسید ضعیف است. اگرچه F الکترونگاتیوترین اتم است، پیوند در HF قوی است زیرا فلوئور بسیار کوچک است. پیوند بین هیدروژن و فلوئور به راحتی از هم جدا نمی شود. اسیدهای هیدروهالیک در گروه 17 به ترتیب زیر استحکام خود را افزایش می دهند:

HF < HCl < HBr < HI

اسیدهای قوی و ضعیف مهم در زیر ارائه شده است. اسیدهای رایج عبارتند از اسید نیتریک HNO3، اسید سولفوریک H₂بنابراین₄، هیدروکلریک اسید HCl و اسید استیک C₂اچ₃O₂اچ.

HCl اسید قوی است یا اسید ضعیف؟ قوی

آیا HNO3 یک اسید قوی است یا اسید ضعیف؟ قوی

آیا اسید استیک اسید قوی است یا اسید ضعیف؟ ضعیف

پایه ها

باز مولکولی است که پروتون را می پذیرد یا یک جفت الکترون را برای پیوند کووالانسی اهدا می کند. در حالت آبی، بازها دارای خواص منحصر به فرد بسیاری هستند مانند:

• مزه تلخ
• PH بالاتر از 7
• OH تولید می کند^– یون های موجود در آب
• برای لمس لغزنده است
• کاغذ تورنسل قرمز را آبی می کند

اسید در مقابل باز

به بیان ساده، اسید در محلول یون هیدروژن تولید می کند و باز یون هیدروکسید تولید می کند. با مطالعه تئوری های باز اسیدی می توانید به عمق تفاوت ها پی ببرید.

قدرت پایه

مانند اسیدها، بازها نیز دارای سطوح مختلف قدرت هستند. پایه های قوی و ضعیف وجود دارد. استحکام پایه به توانایی آن در پذیرش H بستگی دارد⁺ از یک اسید همانند اسیدهای قوی، بازهای قوی به طور کامل در آب یونیزه می شوند، یعنی یون ها کاملاً از هم جدا می شوند. پایه های قوی به طور معمول دارای pH 10-14 و پایه های ضعیف دارای pH 8-13 هستند.

عواملی که بر استحکام پایه تأثیر می گذارند عبارتند از:

با افزایش الکترونگاتیوی اتم ها در یک ردیف در جدول تناوبی، پایه کاهش می یابد. اتم می خواهد الکترون های خود را نگه دارد و نمی خواهد آنها را به پروتون ببخشد. همانطور که اندازه اتمی اتم ها در یک گروه افزایش می یابد، چگالی الکترون کاهش می یابد، که باعث کاهش بازی می شود. بازهای رایج شامل سدیم هیدروکسید NaOH، هیدروکسید پتاسیم KOH و آمونیاک NH است.₃.

خنثی سازی اسید و باز

اسیدها و بازها می توانند یکدیگر را خنثی کنند که باعث تولید نمک و آب می شود. این واکنش اسید باز از ترکیب H آب تولید می کند⁺ یون ها و OH^– یون ها وقتی یک اسید قوی و یک باز قوی با هم ترکیب می شوند، PH دقیقا برابر با 7 است. PH برابر با 7 به این دلیل است که اسید و باز هر دو کاملاً از هم جدا می شوند. هنگامی که یک باز قوی با اسید ضعیف خنثی می شود، PH بیشتر از 7 است. برعکس، وقتی یک باز ضعیف با اسید قوی خنثی می شود، pH کمتر از 7 است.

موضوعات پوشش داده شده در مقالات دیگر