הגדרות היסטוריות של חומצות ובסיסים

במשך זמן רב ידועים והשתמשו בחומרים בעלי מאפיינים מיוחדים בעלי עניין מעשי רב, הידועים כיום כחומצות ובסיסים, המוגדרים כריאגנטים כימיים נפוצים מאוד, אליהם ניתן לפתח חלק גדול. תרכובות כימיות בתקשורת מימית.

יש כמה תגובות הכוללות חומצות ובסיסים, הנקרא חומצה-בסיס, שכדי לחקור אותם, יש ליישם את עקרונות שיווי המשקל הכימי על פתרונות, בסוג זה של תגובות יש חומר הממלא תפקיד חשוב מאוד, הנקרא ממס, מכיוון שחומצות ובסיסים הם בדרך כלל מחליפים איתו פרוטונים, בזכות זה ניתן לקרוא גם לתגובות חילופי פרוטונים.

בימי קדם כבר היה ידוע שלמזונות מסוימים, כמו חומץ ולימון, הם בעלי טעם חומצי אופייני, אם כי רק לפני כמה מאות שנים ידעתי את הסיבה לטעמם המוזר. המילה חומצה באה למעשה מהשפה הלטינית העתיקה, בדיוק מהמונח שלה "אסידוס" שמתרגם כחמוץ.

מהן חומצות?

זה נקרא כמו כל תרכובת כימית שכאשר עוברים תהליך פירוק במים מייצרת תמיסה עם פעילות קטיון הידרוניום הגדולה מאותם מים במצבם הטהור ביותר, במצב זה מוצג pH נמוך מ- 7.

כל חומר כימי בעל תכונות של חומצה נקרא חומרים חומציים.

מאפייני חומצות

בין המאפיינים והמאפיינים החשובים ביותר של חומצות הם הדברים הבאים.

• יש להם איכות להגיב עם חומרים הנקראים בסיסים, על מנת ליצור מלח בתוספת מים.
• הם קורוזיביים ביותר בשל רכיביהם.
• הם עובדים כמוליכים חשמליים מצוינים בסביבות לחות או מימיות.
• יש להם טעם חמוץ או חמוץ מוזרדוגמה לכך יכולה להיות מזונות המכילים חומצת לימון כגון תפוזים, לימונים, אשכוליות, לימון, בין היתר.
• הם יכולים להגיב עם תחמוצות מתכת ליצירת מלח בתוספת מים, בדיוק כמו התגובה שהם עושים עם חומרים בסיסיים.
• במקרים מסוימים הם עלולים להזיק, ואף לגרום לכוויות בעור.
• יש לו את היכולת לייצר מלח ומימן באמצעות תהליך תגובה עם מתכות פעילות.
• יש לו איכויות שמייצרות פנולפטלין, ובתורו יכול לגרום לנייר לקמוס לשנות צבעים, למשל כתום לאדום, וכחול לורוד.

מהם הבסיסים?

זה ידוע גם בשם אלקלי, שמקורו בשפה הערבית, בדיוק מהמילה "אל-קאלי", הם נקראים כל אלה חומרים בעלי תכונות אלקליין, אם כי ניתן לקבוע זאת גם כפתרון שכאשר הוא נתון לתמיסה מימית מציג יונים למדיום.

מאפייני הבסיסים

בויל קבע כי כל החומרים הללו הם בעלי התכונות הבאות.

• למגע ניתן לציין שהם סבוניים באופיים.
• הם מאופיינים בטעמם המר המובהק.
• יש להם את יכולת תגובה עם חומצות, על מנת לייצר מלח ועוד מים.
• הם יכולים להפוך נייר לקמוס מאדום לכחול.
• הם מסיסים במים, במיוחד כשמדובר בהידרוקסידים.
• הרוב המכריע של חומרי הבסיס כביכול מזיקים לעור האדם, מכיוון שיש להם מאפיינים הפוגעים ברקמות.

למרות שבויל וכימאים גדולים אחרים ניסו להסביר כמה פעמים חומצות ובסיסים מתנהגים בצורה כזו, ההגדרה הראשונה של חומצות ובסיסים לא התקבלה רק כעבור 200 שנה.

תגובות על בסיס חומצה

המכונה גם תגובת הנטרול, היא מכונה כתגובה כימית המתרחשת בין חומצה לבסיס המביאה למלח ומים. יש לציין כי המילה מלח מתארת ​​כל תרכובת בעלת מאפיינים יוניים, אשר הקטיון שלה מגיע מבסיס מסוים.

לאס תגובות ניטרול, שבהם חייבת להיות תמיד נוכחות של חומצות ובסיסים, הם ברוב המקרים אקסותרמיים, מה שאומר שהם משחררים אנרגיה בתהליכים שלהם, תגובה זו נקראת נטרול מכיוון שכאשר חומצה משולבת עם בסיס, אלה מנטרלים זה את זה , משאיר את נכסיהם אפסים.

תרגול תגובה על חומצה בסיסית

כדי להתחיל בתהליך תגובה מנטרל, יש צורך בבקבוק ארלנמאייר, שבו מניחים תמיסת חומצה הידרוכלורית, ובתורם מתווספות כמה טיפות של אינדיקטור פנולפטלין, הוא הופך לורוד במדיום בסיס, אך כאשר נמצא במדיום חומצי ואינו מציג שום צבע, ולכן הוא חסר צבע.

מנטרלי חומצה ובסיס מיוצרים באופן שווה, כלומר "שווה ערך", פירוש הדבר כי שווה ערך של חומצה תמיד מנוטרל לחלוטין על ידי שווה ערך לכל סוג בסיס.

לאחר התהליך הקודם, ההנחה בבורטה של ​​תמיסת נתרן הידרוקסיד נובעת ואז פותח את הברז בזהירות ולאט, כאשר הוא נופל לאט לאט, הוא יגיב עם החומצה הידרוכלורית ליצירת מים וכלוריד. זה משפיע שה- PH עולה, ורמות החומצה יורדות.

ברגע שכל החומצה אוצלה, טיפת הבסיס הבאה מתווספת לפתרון בסיסי, כשהאינדיקטור הופך לורוד, זה מבין שהחומצה נוטרלה לחלוטין.

באופן כללי, המסה של שווה ערך גרם נקבעת תוך התחשבות בסוג החומר, זאת מכיוון שהחומרים שונים, לכל אחד מאפיינים משלו, למשל חישוב המלח אינו זהה לחומצה, בהתחשב גם בסוג התגובה שמתבצעת, מכיוון שתלות בסוג התגובה ממדי החומרים שונים ולכן לא ניתן לעשות שימוש חוזר בחישובים.

המסה הטוחנת של חומצה חלקי מספר המימנים שניתן לנתק ממנה שווה למסה של שווה ערך של גרם אחד לחומצה נתונה.

סוג הבסיס הנפוץ ביותר בקרב כל אלה הקיימים הוא הידרוקסיד, ושווי ערך הגרם שלו נקבע על ידי חלוקת המסה הטוחנת שלו במספר קבוצות ה- OH בהידרוקסיד.

נפח התגובות הללו מחושב באמצעות נוסחה, המאפשרת לנטרל חומצה בסיסית של בסיס היא: Nל * V= Nב * Va, הראשונה היא תכונות החומצה והשאר תכונות הבסיס.

על מנת לחשב את הנורמליות של תמיסת חומצה, יש להמשיך באופן הבא: נורמליות = מולריות.

החשיבות של תגובת חומצה-בסיס

יש להם חשיבות מאוד רלוונטית מבחינת יכולתם כטכניקות לניתוח כמותי של נפחים, שתהליכיהם נקבעים כטיטרציות של חומצה-בסיס.

לבצע את התגובות הללו בדרך כלל משתמשים בפתרון אינדיקטור, המשמשים כמדריך להכרת נקודת הנטרול וכיצד היא מתפתחת, אם כי ישנם גם כמה תהליכים אלקטרוכימיים לביצוע משימות מסוימות.

ניתן להראות שלושה סוגים של תגובות המחולקים על פי מאפייני החומצות והבסיסים, במיוחד אם הם חלשים או חזקים, כמו הבאים.

תגובה של חומצה ובסיס חלשים

באלה ניתן לראות כי קטיון הבסיס, והאניון של החומצה עוברים הידרוליזה, כך שה- PH שלהם שווה ל> 7 אם החומצה חלשה יותר, ואם הבסיס חלש יותר הוא <7.

תגובה בין בסיס חזק לחומצה חלשה

במקרה זה, ניתן לראות כיצד רק האניון של החומצה עובר הידרוליזה, ולכן ה- PH שלה נשאר על <7.

תגובה בין בסיס חלש לחומצה חזקה

בתגובה מסוג זה נצפה רק כיצד קטיון הבסיס עובר הידרוליזה, ולכן ה- PH בו נשאר> 7.

על מנת לבחור איזה אינדיקטור מושלם לכל סוג של תגובה, יש לדעת כיצד יהיה PH הסופי, על מנת לחשב נכון את נקודת השקילות.

הגדרות היסטוריות של תגובת חומצה-בסיס

היו הרבה הגדרות של תהליך תגובה זה בין חומצות לבסיסים, חשיבותו של אותו מוצגת על פי יכולת הניתוח שכל אחד מכיל, ויותר כאשר הוא מוחל על ניטרול תגובות עם חומרים נוזליים או גזיים, או כאשר האופי והתכונות של חומצות ובסיסים בדרך כלל פחות ברורים.

הגדרת אנטואן לבואזיה

הידע שהיה לבואיזייה היה מוגבל בתחילה לחומצות חזקות, מכיוון שהן היו ספציפיות יותר לחומצות חמצן בעלות מצב חמצון גבוה באטומים המרכזיים שלהן, אשר בתורן היו מוקפות באטומי חמצן, אולם לא היה לו ידע מלא על החומצה. חומצות, הוא הצליח לבסס את החומצות על ידי קביעתן כתכולת החמצן, לשם כך היה עליו להשתמש ביוונית הקדומה כדי לקרוא לבנאי חומצות זה.

תיאוריה או הגדרה זו דורגה כחשובה ביותר במשך 30 שנה מדהימים, אולם בשנת 1810 פורסם מאמר שהוכיח כמה סתירות עם בסיסים ויסודות, מה שגרם להגדרה של לבואיזייה לאבד את האמינות.

הגדרת ברונסטד-לורי  

הגדרה זו התגבשה באופן עצמאי בשנת 1923, שניתן להבחין בבסיסיה בפרוטונציה של הבסיסים, באמצעות תהליך הדיפרוטונציה של חומצות, שניתן להגדיר להבנה רבה יותר כיכולת החומצות להיות מסוגלות לתרום קטיונים של מימן לבסיסים, אשר המשך לקבל הליך זה.

יש לכך הבדל גדול בהגדרת Arrhenius, מכיוון שהוא אינו מורכב מהיווצרות מים ומלח, אלא זה של חומצות ובסיסים מצומדים, שמושגים באמצעות העברת פרוטון שיכול ליצור חומצה כדי להעביר אותה. לבסיס.

בהגדרה זו ניתן לראות שינוי דרסטי במונחים שבהם ידועות חומצות ובסיסים, מכיוון שחומצה ידועה כתרכובת בעלת יכולת לתרום פרוטון, ואילו בסיסים הם כל אותם חומרים המאפשרים לקבל את הפרוטון כתוצאה מכך, ניתן לומר שתגובת חומצה-בסיס היא ביטול קטיון מימן מהחומצה, וכברירת מחדל תוספת זו לבסיס.

תהליך זה רוצה להתייחס לחיסול פרוטון מגרעין האטום, תהליך זה אינו קל מאוד להשגה, מכיוון שהדיסוציאציה הפשוטה של ​​החומצות אינה מספיקה, אלא יש צורך להמשיך בחיסול של מימן קטיון.

הגדרת לואיס

הגדרה זו כוללת את היסודות של תיאוריית ברונסטד-לורי, כמו גם את התפיסה שהציעה למערכת הממיסים. תיאוריה זו הונחה בשנת 1923 על ידי הכימאי גילברט לואיס.

לואיס בהגדרה זו מציע בסיס, אותו כינה "בסיס לואיס" שיש לו את היכולת לתרום זוג אלקטרוני וחומצות כ"חומצת לואיס "בהיותו הקולטן המתאים של הזוג האלקטרוני. הגדרה זו שונה לחלוטין מאלה שהוצעו והוצגו לעיל, מכיוון שהם אינם מזכירים כי חומצות ובסיסים נמדדים באמצעות פרוטונים או חומר קשור כלשהו.

זה הניח בתיאוריה שלו שהאניון הוא החומצה, והקטיון היה הבסיס שיש לו זוג אלקטרוני שאינו משותף. אם משתמשים בהגדרה זו, ניתן להבין את תגובת בסיס החומצה כתרומה ישירה של זוג אלקטרוני. מתוך האניון, מסירתו לקטיון, מצליחה ליצור קשר קוולנטי מתואם. שילוב זה ידוע בתור היווצרות התרכובת החיונית ביותר לחיים, מים.

הגדרת ליבי

תיאור זה התבסס על עבודתו הענפה על ההרכב הכימי של חומצות אורגניות. לפני הגדרה זו הייתה הבחנה דוקטרינלית שאותה יזם דייווי, שהתמקד יותר מכל בחומצות על בסיס חמצן וחומצות על בסיס מימן.

על פי ליביג ניתן להגדיר חומצה כחומר המכיל בתוכו מימן, ואף ניתן להחליפו או לשנותו במתכת. תיאוריה זו למרות שהתבססה בעיקר על שיטות אמפיריות, הצליחה להיות בתוקף במשך 5 עשורים.

הגדרת ארניוס

הכימאי השבדי סוואנטה ארניוס ביקש לחדש את המונחים וההגדרות שניתנו לתגובה שהתרחשה בין חומצות לבסיסים, ובתורו ביקש לפשט את המונחים של זה.

בשנת 1884 הוא ביצע עבודה משותפת עם פרידריך וילהלם בה הצליחו לבסס את נוכחותם של יונים בפתרון מימי, בשל חשיבותה של יצירה מסוימת לאריניוס ניתנה ההזדמנות המופלאה לקבל פרס נובל לכימיה בשנה זו. 1903.

ניתן לתאר את ההגדרה המסורתית של בסיס חומצה מימית כהיווצרות מוזרה של הרכיב המכונה מים מיונים של הידרוקסיל ומימן, או גם כהיווצרות אלה מניתוק חומצות ובסיס בתמיסה מימית.

ההגדרה של פירסון (קשה-רכה)

הגדרה זו שניתנה על ידי ראלף פירסון בשנת 1963 למרות שהיא פותחה בצורה חזקה יותר בשנת 1984 בתמיכת עבודתו של רוברט פאר, ששמו הוא התגובה חומצה-בסיס קשה-רך, תארים אלה משמשים באופן הבא, Soft משמש להתייחס לתבלינים הגדולים יותר, שיש להם נמוך  במצבי חמצון, והם מקוטבים מאוד, קשה משמש למין הקטן ביותר, והם מאופיינים במצבי חמצון גבוהים יותר.

הגדרה זו הייתה שימושית מאוד לתהליכי כימיה אורגנית ואורגנית, והפרקטיקות העיקריות שלה מצביעות על כך שחומצות ובסיסים יכולים לתקשר זה עם זה, והנפוצות ביותר הן תגובות של תרכובות בעלות אותן תכונות, כמו למשל רכות. -קלה, או קשה-קשה.

תיאוריה זו ידועה גם כהגדרת ABDB, אשר שימושית מאוד לחיזוי תוצרי תגובות מטתזה. היום הוכח שתגובה זו יכולה להדגים את הרגישות והביצועים של חומרי נפץ.

תיאוריה זו מבוססת יותר על מאפיינים איכותיים מאשר על כמותיים, המסייעים להבין בצורה פשוטה יותר את הגורמים השולטים של כימיה ותגובות.

הגדרת אוסנוביץ '

מיכאיל אוסנוביץ ', כימאי רוסי, הגדיר גם את המשמעות של תגובת חומצה-בסיס, וניתן לומר שזה הכללי מכולם, בו נקבע שחומצות הן כל אותם חומרים כימיים המסוגלים לקבל מינים שליליים, או זה, אם לא, זה תורם מינים חיוביים, מושג הבסיס ניתן על ידי אוסנוביץ ', ההפך מזה של חומצות.

תגובת חומצות ובסיסים המוצעים על ידי כימאי רוסי זה עולה בקנה אחד עם תגובה כימית אחרת, המכונה "תגובת החמצון" הכוללת תגובה להפחתת חמצון, ולכן היא אינה מועדפת על ידי כימאים.

רוב התגובות המוצעות מבוססות על יצירת קשרים ושבירתם, אך החמצון מחדש ושל אוסנוביץ 'מוגדרים יותר כתהליכי העברה אלקטרוניים פיזיים, הגורמים להבחנה בין שני אלה להיות מפוזרים לחלוטין.

הגדרת Lux-Flood

הגדרה זו משמשת בדרך כלל בגאוכימיה מודרנית ואלקטרוכימיה של מלחים מותכים, שההנחה שלהם נעשתה בשנת 1939 על ידי כימאי גרמני המכונה הרמן לוקס, והיא פותחה שוב והשיגה שיפור משמעותי בשנת 1947 על ידי הכימאי האקון שיטפון, מסיבה זו ידוע. לתגובה זו על ידי שני שמות המשפחה של אותו דבר.

בכך אנו יכולים לראות מושגים מוזרים מאוד של חומצות ובסיסים, כאשר הבסיס הוא תורם של אניוני תחמוצת, בעוד שחומצות הן מקבלי האניונים האמורים.

הגדרת מערכת ממס

חשוב מאוד לדעת הגדרה זו ביחס לנושא זה, מכיוון שכמה מכימאים שביצעו את התיאוריות שלהם לאורך השנים התייחסו לעיתים למערכת הממיסים, המבוססת על הכללה של הגדרת ארנהיוס.

יש כמות מסוימת של מינים חיוביים ברוב הממיסים הללו, המכונים קטיונים של סולבוניום, ולמרות זאת, יש להם גם מינים שליליים כגון אניונים של סולבוניום, הנמצאים במצב של שיווי משקל עם המולקולות הניטרליות של הממיס.

בהגדרה זו, ניתן לתאר את הבסיס כמומס שגורם לעלייה בריכוז קטיוני הסולבוניום, בעוד שהחומצות הן אלה שגורמות לירידה באוניוני הסולבוניום.

הגדרה זו תלויה הן בתרכובת והן בממיס, ולכן בהתאם לממס שנבחר, לתרכובת תהיה יכולת לשנות את ההתנהגות שלה.

מעניין מאוד כיצד כימאים שונים ממקומות שונים בעולם, ותקופות שונות, כל אחד מהם דיבר והציע הגדרה שונה באותו נושא, ובתורו זה חשוב מאוד למחקר והיסטוריה של הכימיה, מכיוון שהרכבת הכל במונחים אלה ניתן היה להכיר טוב יותר את כל ההיבטים הנחשבים לגבי חומצות ובסיסים ותגובותיהם המנטרלות.