عمومی

اسید و باز چیست و چگونه می توان آنها را شناسایی کرد؟

اسید و باز یک اصطلاح نسبی در شیمی  است زیرا اسیدی یا بازی بودن یک ماده به شرایط مختلفی بستگی دارد. طبق جدیدترین تعریف اسید ماده ای است که پروتون اهدا می کند یا یک جفت الکترون ظرفیت را برای تشکیل پیوند می پذیرد. باز ماده ای است که می تواند پروتون ها را بپذیرد یا یک جفت الکترون ظرفیت را برای تشکیل پیوند اهدا کند.

در واقع می توان بازها را ماده شیمیایی مخالف اسیدها دانست. واکنش بین یک اسید و باز را یک واکنش خنثی سازی می نامند. قدرت یک اسید به توانایی یا تمایل آن برای از دست دادن یک پروتون اشاره دارد. اسید قوی اسیدی است که کاملاً در آب تفکیک می شود. ما در درس علوم هشتم و درس شیمی پایه دوازدهم با اسیدها و بازها آشنا می شویم.

چند نمونه اسید و باز خوراکی به ترتیب شامل اسید سیتریک و اسید استیک و جوش شیرین و شربت معده هستند. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می شود.

PH اسید و باز

برای توضیح PH ما با دو مولکول آب شروع می کنیم. در حین واکنش یکی از مولکول های آب هیدروژن به دست می آورد و بنابراین بار مثبت به خود می گیرد ، در حالی که مولکول دیگر آب یک اتم هیدروژن را از دست می دهد و بار منفی به خود می گیرد. H3O + یون هیدرونیوم نامیده می شود و باعث اسیدی شدن مواد می شود برعکسOH-  یون هیدروکسیل نامیده می شود همه چیز را قلیایی می کند.

با این حال ، در آب ، بین یون هیدرونیوم و هیدروکسیل تعادل وجود دارد ، بنابراین آنها بارهای های یکدیگر را خنثی می کنند. بر همین اساس آب خالص نه اسیدی است نه بازی بلکه خنثی است. ترکیب اسید و باز همواره باعث تولید یک ماده خنثی می شود.

 

۲H2O ⇌ ۱ H3O+ + ۱ OH

 

بنابراین چگونه یک ماده اسیدی یا بازی می شود؟ این اتفاق زمانی می افتد که یون هیدرونیوم و هیدروکسیل از تعادل خارج شوند. اگر یون هیدرونیوم با بار مثبت بیشتر از هیدروکسیل با بار منفی باشد ، ماده اسیدی است. اگر هیدروکسیل با بار منفی بیشتر از هیدرونیوم با بار مثبت باشد ، ماده بازی  می شود. PH در واقع مخفف پتانسیل (یا قدرت) یون هیدروژن است.

PHمقیاسی است که ما قدرت اسیدها و بازها را بر اساس آن اندازه گیری می کنیم. pH اندازه گیری میزان اسیدیته در مقیاس ۱۴ درجه ای است ، جایی که ۷ نقطه میانی و خنثی است. PH یک مقیاس لگاریتمی است (مانند مقیاس ریشتر برای زلزله) ، بنابراین ماده ای با PH 4 تقریبا ۱۰ برابر اسیدی تر از  ماده ای با pH 5 و ۱۰۰ برابر اسیدی تر از ماده ای با PH 6 است.

شناساگر اسید و باز ابزارهایی هستند که به روش های مختلف برای شناسایی این ترکیبات مورد استفاده قرار می گیرند. برای تحقیق درباره اسید و باز باید با PH و روش های اندازه گیری آن آشنا بود.

اسید و باز چیست و چگونه می توان آنها را شناسایی کرد؟

روش های شناسایی اسید و باز

اسيدها و بازها دو دسته از مواد شيميایی بسیار معروف در شیمی هستند. ساده ترین راه شناسایی این ترکیبات بر اساس مزه و فرمول شیمیایی آنهاست. اسيدها ترکیباتی ترش مزه اند و ابتدای فرمول شيميایی آنها حاوی یک یا دو اتم هيدروژن است مانند سولفوريک اسيد (H2SO4) .  بازها  ترکیباتی تلخ مزه هستند که در انتهای فرمول شيميایی خود يک يا چند گروه هيدروکسيد OH  دارند مانند سديم هيدروکسيد (NaOH)  به بازها مواد قليایی نیز گفته می شود

شناسایی اسيدها و بازها به روش های مختلفی صورت می گیرد مثلا بازها و اسيدهای خوراکی را می توان از طریق مزه آنها تشخيص داد. روش دیگر شناسایی این ترکیبات استفاده از شناساگر یا معرف هاست که با تغيير رنگ خود در محيط اسيدی و بازی این ترکیبات را شناسایی می کنند.

شناساگر می تواند طبيعی یا شیمیایی باشد، انواع طبیعی شامل عصاره گل يا ميوه گياهان هستند که در قدیم مورد استفاده قرار می گرفتند. از بین شناساگرهای شيمیایی می توان به ليتموس (تورنسل) ، فنول فتالئين و متيل اورانژ (متيل نارنجی) اشاره کرد.

تعاریف اسید و باز از دیدگاه های مختلف

واکنش اسید و باز یک واکنش شیمیایی است که بین یک اسید و یک باز رخ می دهد. مفاهیم مختلفی وجود دارد که تعاریف جایگزینی برای مکانیسم های واکنش درگیر و کاربرد آنها در حل مشکلات مربوطه ارائه می دهند. علیرغم تفاوت های مختلف در تعاریف ، اهمیت آنها به عنوان روش های مختلف تجزیه و تحلیل زمانی آشکار می شود که در واکنش های اسید- باز برای گونه های گازی یا مایع استفاده شوند ، یا وقتی که ویژگی اسید یا باز تا حدودی کمتر آشکار باشد.

نظریه آرنیوس

تعریف آرنیوس از واکنش های اسید – باز  توسعه نظریه هیدروژن اسیدها است که برای ارائه تعریفی مدرن از اسیدها و بازها مورد استفاده قرار گرفت و از کار آرنیوس با فردریش ویلهلم استوالد در رابطه با حضور یونها در محلول آبی در سال ۱۸۸۴ حاصل شد که منجر به دریافت جایزه نوبل شیمی در سال ۱۹۰۳ توسط آرنیوس شد.

بر این اساس اسید آرنیوس ماده ای است که در آب تفکیک شده و یون های هیدروژن (H +) تشکیل می دهد. به عبارت دیگر یک اسید باعث افزایش غلظت یونهای H + در محلول آبی می شود. این پروتون سازی در آب باعث تولید یون هیدرونیوم (H3O +) می شود. در شیمی مدرن H +  به عنوان مختصر + H3O  در نظر گرفته می شود زیرا اکنون مشخص شده است که یک پروتون برهنه (H +) به عنوان یک گونه آزاد در محلول آبی وجود ندارد.

باز آرنیوس ماده ای است که در آب تفکیک  شده و یون های هیدروکسید (OH–) تشکیل می دهد. به عبارت دیگر بازها باعث افزایش غلظت یونهای OH– در یک محلول آبی می شوند.

محدودیت های تعریف آرنیوس

تعاریف آرنیوس از اسیدیته و قلیایی بودن به محلول های آبی محدود شده و به غلظت یون های محلول اشاره دارد. تحت این تعریف H2SO4  خالص یا HCl محلول در تولوئن اسیدی نیستند ، با وجود این واقعیت که هر دوی این اسیدها یک پروتون به تولوئن اهدا می کنند. علاوه بر این ، تحت تعریف آرنیوس محلول سدیم آمید (NaNH2) در آمونیاک مایع  علی رغم این واقعیت که یون آمید (NH2- ( به راحتی آمونیاک را دپورتونه می کند باز محسوب نمی شود. بنابراین ، تعریف آرنیوس فقط می تواند اسیدها و بازها را در یک محیط آبی توصیف کند.

واکنش اسید و باز آرنیوس

واکنش اسید- باز آرنیوس به عنوان واکنش پروتون و یون هیدروکسید برای تشکیل آب تعریف می شود که یک واکنش خنثی سازی است.

 نمک + آب → اسید + باز
اسید و باز چیست و چگونه می توان آنها را شناسایی کرد؟
اسید و باز چیست و چگونه می توان آنها را شناسایی کرد؟

نظریه برونستد – لوری

طبق این تعریف اسید ماده ای است که بتواند پروتون اهدا کند و باز هر ترکیبی است که قادر به پذیرش پروتون باشد. از آنجاییکه تعریف آرنیوس به محلول های آبی محدود می شود و به حل شدن یون های آبی اشاره دارد ،  بنابراین شامل اسیدهای محلول در حلال های آلی نمی شود. برای حل این مشکل ، یوهانس نیکلاس برونستد و توماس مارتین لوری ، در سال ۱۹۲۳ ، هر دو به طور مستقل تعریف جایگزینی از اسیدها و بازها را ارائه دادند.

در این سیستم جدید ، اسید به عنوان هر مولکول یا یونی تعریف می شود که توانایی اهدای کاتیون هیدروژن (پروتون ، H +) را داشته باشد ، در حالی که باز گونه ای با توانایی بدست آوردن یا پذیرش هیدروژن است. طیف گسترده ای از ترکیبات را می توان در چارچوب برونستد – لوری طبقه بندی کرد که شامل اسیدهای معدنی و مشتقات آنها مانند سولفونات ها ، اسیدهای کربوکسیلیک ، آمین ها ، اسیدهای کربن و بسیاری دیگر از ترکیبات هستند.

اسید و باز مزدوج

به خاطر داشته باشید که اسیدها و بازها باید همیشه دو به دو واکنش نشان دهند. دلیل این امر این است که اگر قرار است ترکیب اهدا کننده پروتون  به عنوان یک اسید رفتار کند ، لزوماً باید بازی برای پذیرش پروتون آن وجود داشته باشد. طرح کلی واکنش اسید / باز مزدوج برونستد- لوری را می توان به صورت زیر مشاهده کرد:

اسید کنژوگه + باز کنژوگه ⇌ اسید + باز

در اینجا ، یک باز مزدوج گونه ای است که پس از اهدای پروتون توسط اسید برونستد تولید شده است. اسید مزدوج وقتی تشکیل می شود که باز برونستد پروتون را از اسید برونستد می پذیرد. بنابراین طبق  تعریف برونستد – لوری یک واکنش اسید-باز واکنشی است که در آن یک باز مزدوج و یک اسید مزدوج تشکیل می شود.

نظریه لوئیس

اسید باز لوئیس یکی از جامع ترین نظریه ها در خصوص اسیدها و بازها بوده و بسیار کاربردی تر از اسید – باز آرنیوس یا برونستد لوری است. در این نظریه اسیدها و بازها به عنوان دهنده و پذیرنده پروتون مورد توجه قرار می گیرند. این نظریه در سال ۱۹۲۳ توسط گیلبرت لوییس (Gilbert Lewis) در دانشگاه برکلی ارائه شد که یک توصیفی عمومی برای اسیدها و بازها بر اساس ساختار و پیوند آنهاست.

لوییس به جای استفاده از مفهوم انتقال پروتون، از الکترون استفاده می کند بر این اساس اسید ماده ای است که یک جفت‌ الکترون می پذیرد و باز ماده ای است که یک جفت ‌الکترون می دهد.

واکنش اسید و باز لوییس باعث ایجاد پیوند داتیو بین ترکیبات ( پیوند کووالانسی کوئوردیناسی) می ‌شود. این پیوند در واقع نوعی پیوند کووالانسی محسوب می شود که در آن یک ترکیب جفت ‌الکترون خود را به دیگری می ‌دهد. در این واکنش باز لوییس الکترون ‌های خود را به اسید لوییس داده و فرآورده حاصل ترکیب افزایشی یا اداکت ((Adduct نامیده می شود.

برچسب ها

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا
بستن