كيف يتم تعريف نظرية Brønsted و Lowry Acid-Base؟

المادة القادرة على التبرع بالبروتون هي مادة حمضية ، بينما المادة التي تستقبل هذا البروتون هي قاعدة. تم تقديم هذا التعريف العام جدًا للأحماض والقواعد بواسطة الكيميائيين J.N. Brønsted و T.M. Lowry في عام 1923 ، بناءً على مفهوم النقل لـ H.⁺ في تفاعل الحمضي القاعدي.

حدد أرينيوس البروتونات H.⁺ كأنواع منعزلة ، على الرغم من أنه من المعروف اليوم أن المحلول يتمتع بجاذبية عالية مع جزيئات الماء ويشكل أيونات الهيدرونيوم (\ ({H_3} {O ^ +} \)). بناءً على هذين المفهومين ، نستكشف تفاعلًا حمضيًا قاعديًا معروفًا:

\ (H {C_2} {H_3} {O_2} _ {\ left ({ac} \ right)} + {H_2} {O _ {\ left (l \ right)}} \ leftrightarrow {C_2} {H_3} {O_2 } {^ - {\ left ({ac} \ right)}} + \؛ {H_3} {O ^ +} _ {\ left ({ac} \ right)} \)

في هذه الحالة ، حمض الخليك هو الذي يتبرع بالهيدروجين الحمضي بينما يعمل الماء كقاعدة ، مع أخذ البروتون المتبرع به. في المقابل ، يتم تكوين نوعين أيونيين جديدين ، وهما الأحماض والقواعد المترافقة للأحماض والقواعد التي أتوا منها. في هذه الحالة ، فإن الأنواع \ ({C_2} {H_3} {O_2} ^ - \) هي القاعدة المرافقة لحمض الخليك بينما \ ({H_3} {O ^ +} \) هو حمض متقارن للماء. لذلك ، يختلف زوج القاعدة الحمضي المتقارن فقط في وجود الهيدروجين الحمضي ، علاوة على ذلك ، يتم تحقيق الفرضية القائلة بأن كل حمض له قاعدته المقترنة والعكس صحيح.

لنراجع الآن رد الفعل التالي:

\ (N {H_3} _ {\ left ({ac} \ right)} + {H_2} {O _ {\ left (l \ right)}} \ leftarrow N {H_4} {^ + {\ left ({ac} \ right)}} + \؛ O {H ^ -} _ {\ left ({ac} \ right)} \)

في هذه الحالة ، لدينا زوج متقارن من حمض القاعدة وهو الماء وأيون الهيدروكسيل على التوالي ، وقاعدة ، الأمونيا ، بزوجها المقترن ، أنواع الحرف الحمضي \ (N {H_4} ^ + \).

الآن ، قد تتساءل ، كيف يعمل الماء كحامض وقاعدة؟ تُعرف هذه القدرة باسم التذبذب. وهذا يعني أن المادة التي يمكن أن تعمل في كلا الاتجاهين اعتمادًا على من يتم دمجها معها هي مادة مذبذبة.

مثلما نحدد الأزواج المترافقة ، فإنها تتمتع بخاصية غريبة: كلما زادت القوة الحمضية للحمض في الزوج ، قلت القوة الأساسية. سيكون لها قاعدتها المقترنة ، وهي مماثلة لحالة القواعد ، فكلما زادت قوة القاعدة الأساسية ، سيقلل زوجها المقترن من قوة حامض. سوف يتساءلون عن أي قوة نتحدث عنها؟

حسنًا ، عندما يكون الحمض قويًا ، فإننا نتحدث عن نوع قادر تمامًا على التبرع بالهيدروجين الحمضي تمامًا ، ونقل جميع بروتوناته إلى الماء والانفصال تمامًا. خلاف ذلك ، تتأين الأحماض الضعيفة جزئيًا في محلول مائي ، وهذا يعني أن جزءًا من الحمض سيتم العثور عليه كأنواع منفصلة وسيحتفظ الجزء بهيكله. لنلقِ نظرة على الأمثلة النموذجية التالية:

\ (HC {l _ {\ left (g \ right)}} + {H_2} {O _ {\ left (l \ right)}} \ إلى C {l ^ -} _ {\ left ({ac} \ right) } + \ ؛ {H_3} {O ^ +} _ {\ left ({ac} \ right)} \)

هذا حمض قوي ، لأنه يتفكك تمامًا ، وبالمثل يحدث مع هيدروكسيد الصوديوم ، وهو قاعدة قوية:

\ (NaO {H _ {\ left (s \ right)}} \ to N {a ^ +} _ {\ left ({ac} \ right)} + \؛ O {H ^ -} _ {\ left ({ ac} \ right)} \)

إذا استكشفنا تفاعل حمض الأسيتيك في محلول مائي ، نلاحظ أن هناك توازنًا بين الأنواع ، لأن التفكك ليس كذلك كامل ، وبالتالي ، هناك ثابت حموضة حرارية يتحكم في العملية ، والتي يتم التعبير عنها كدالة لأنشطة صِنف؛ ومع ذلك ، في المحاليل المخففة ، يمكن تقديرها من خلال التركيزات المولية:

\ (Ka = \ frac {{\ left [{{C_2} {H_3} {O_2} ^ -} \ right] \ left [{{H_3} {O ^ +}} \ right]}} {{\ left [ {H {C_2} {H_3} {O_2}} \ right]}} \)

بينما في حالة القواعد الضعيفة يمكننا وصف درجة تأين القاعدة المذكورة إذا تحدثنا عن ثابتها الديناميكي الحراري الأساسي ، مثل حالة الأمونيا:

\ (Kb = \ frac {{\ left [{N {H_4} ^ +} \ right] \ left [{O {H ^ -}} \ right]}} {{\ left [{N {H_3}} \ يمين]}}\)

يتم جدولة هذه الثوابت في درجات حرارة مرجعية بينما هناك أيضًا ببليوغرافيا تشير إلى مستوى الحموضة أو قاعدية بعض المركبات.

أخيرًا ، سوف نشير إلى التأين الذاتي للماء ، كما رأينا بالفعل ، يحتوي الماء على قاعدة وحمض مترافق ، قادر على وصف هذه الظاهرة في تفاعل التأين:

\ (2 {H_2} {O _ {\ left (l \ right)}} \ leftrightarrow \) \ (O {H ^ -} _ {\ left ({ac} \ right)} + {H_3} {O ^ + } _ {\ يسار ({ac} \ يمين)} \)

يمكننا تحديد هذه العملية كما فعلنا سابقًا من خلال الثابت المتضمن ، والذي سيكون:

\ (Kc = \ frac {{\ left [{{H_3} {O ^ +}} \ right] \ left [{O {H ^ -}} \ right]}} {{{{\ left [{{H_2 } O} \ right]} ^ 2}}} \)

باللجوء إلى ترتيب رياضي يمكننا التعبير عن الناتج الأيوني للماء على أنه الثابت التالي:

\ (Kw = \ left [{{H_3} {O ^ +}} \ right] \ left [{O {H ^ -}} \ right] \)

قيمته عند 25 درجة مئوية ثابتة وهي: 1 × 10-14 ، مما يعني أنه إذا كان الحل محايدًا ، فهذا يعني أنه متساو كمية الحمض من القاعدة ، كل تركيز من الأنواع الأيونية سيكون: 1 × 10-7 مول / لتر.