تفاعلات حمض - أساس (قاعدة)
تقسم التفاعلات الكيميائية من وجهة نظر الكيمياء التحليلية إلى ثلاثة أنواع هي :
- تفاعلات نقل البروتون وهي تمثل تفاعلات حمض - أساس
- تفاعلات نقل الإلكترون وهي تمثل تفاعلات أكسدة - إرجاع
- تفاعلات تشكيل روابط مانحة - مستقبلة وهي تمثل تفاعلات تشكيل المعقدات.
تفاعلات حمض - أساس (قاعدة)
لقد وضعت مجموعة من النظريات المتعلقة بتفاعلات حمض - أساس وتمتلك كل منها نظرة خاصة حول مفهوم الحمض والأساس
نذكر من هذه النظريات :
نظرية أرينيوس Arrhenius theory
تتضمن هذه النظرية التفكك الكهرليتي للمادة في المحاليل وتُعرف الحموض وفقاً لهذه النظرية بأنها تلك المواد التي تشكل الشوارد ๋H في أثناء تفككها
أما الأسس فتُعرف بأنها تلك المواد التي تشكل الشوارد ¯OH
ولكن من عيوب هذه النظرية :
- ضرورة إفتراض وجود الشوارد ๋ H في المحلول.
- عدم الأخذ بالحسبان تأثير المذيب
- تعطي حسابات غير دقيقة في المحاليل اللامائية
نظرية لويس Lewis theory
يُعرف الحمض وفق هذه النظرية بأنه المادة التي تستقبل إلكتروناً أو أكثر ويعرف الأساس بأنه تلك المادة التي تمنح الألكترونات وينتج منها تشكل الروابط التكافؤية
ينتسب إلى صنف الحموض وفق نظرية لويس الجزيئات الناتجة من الذرات ذات الطبقات الغير ممتلئة بثماني إلكترونات
مثل BF3 و SO3
والشوارد الموجبة الخاصة بتشكيل المعقدات مثل Fe๋² و Co๋²...... الخ
والهالوجينات ذات الروابط الغير مشبعة
مثل TiCl4 والجزيئات ذات الروابط ثنائية القطبية مثل CO2 و SO2
بينما ينتسب إلى صنف الأسس الجزيئات الحاوية أزواجاً إلكترونية حرة مثل NH3
و H2O والشوارد السالبة والمركبات العضوية ذات الروابط الثنائية والثلاثية.
نظرية البروتونية (برونستد-لوري)
Bronsted-Lowry
- وضعت هذه النظرية من قبل ( برونستد - لوري) وتعتمد على خصائص شاردة الهيدروجين. فالمواد تمنح البروتون تدعى الحموض، أما المواد التي تستقبل البروتون فتدعى الأسس.
- كما أنه يوجد بعض المواد التي تمنح البروتون وتستقبله وتدعى هذه المواد بالمواد المذبذبة (المترددة).
- كما يمكن أن تكون الحموض أو الأسس أو المركبات المذبذبة مشحونة أو غير مشحونة.
بما أن المذيب يمثل أحد مكونات التفاعل فيمكن تصنيف المذيبات من وجهة نظر الحموض والأسىس إلى ثلاث أقسام :
1- المذيبات المحايدة :
وهي لا تمتلك صفات حمضية أو قلوية مثل الفحوم الهيدروجينية والمشتقات الهالوجينية والهكسان والكلوروفورم
2- مستقبلات البروتون :
وهي تمتلك فقط صفات قاعدية ( أساسية) مثل الأسيتون، ديوكسان، ثنائي ايثيل الايثر، بيريدين
3- مانحات ومستقبلات البروتون :
وهي تمتلك صفات حمضية وقاعدية مثل الماء والكحولات والحموض الكربوكسيلية والأمينات الأحادية والثنائية
ويطلق على هذه المذيبات اسم المذيبات المذبذبة وهذه الخاصة تمكنها من نقل البروتون من جزيء واحد للمذيب إلى جزيء أخر له، مثال :
๋ 2SH ⇌ S¯² + SH2
يمثل الجزيء الذي قام بمنح ๋H الحمض
أما الجزيء الآخر الذي يستقبل ๋H فيمثل الأساس ويدعى ثابت التشرد الخاص بعملية نقل البروتون بين جزيئين متماثلين ثابت التشرد الذاتي ويرمز له با KSH ويعبر عنه بالشكل التالي: ๋KSH = αs- . αSH2
إن المقدار ๋log αSH2- يمثل ال pH
وهنا نميز ثلاث حالات :
¯αSH2 ๋ = αS أي أن pH = 1/2 pKSH
وهنا الوسط متعادل
¯αSH2 ๋ > αS أي أن pH < 1/2 pKSH
وهنا الوسط حمضي
¯αSH2 ๋< αS أي أن pH > 1/2 pKSH
وهنا الوسط قلوي أو أساسي
تدعى الشاردة الموجبة في حالة الماء الهيدروكسونيوم ๋H3O ويرمز لها با ๋H
كما يرمز لثابت التشرد الذاتي للماء بالرمز KH2O أو KW ويدعى الجداء الشاردي للماء وهو يساوي :
¹⁴ ¯10 × KW = αH ๋ . αOH¯ = 1.0
يمكن للمواد المذبذبة ( المترددة) أن تتفاعل مع المذبذب وتظهر صفات حمضية أو أساسية ( قاعدية) مثال على ذلك:
¯HA + HS ⇌ SH2 ๋+ A
๋B + HS ⇌ S¯ + BH
وقد تكون المادتين HA و B مشحونتين أو غير مشحونتين كما في حالة الماء
HNO2 + H2O ⇌ H3O ๋ + NO2
NH4 ๋ + H2O ⇌ H3O ๋ + NH3
๋NH3 + H2O ⇌ OH¯ + NH4
CH3COO¯ + H2O ⇌ OH¯ + CH3COOH
أما في المذيبات اللامائية كما في حمض النمل والميثانول فنجد المعادلتين التاليتين :
¯NH3 + HCOOH ⇌ NH4 ๋ + H3COO
NH4 ๋ + CH3OH ⇌ CH3OH2 ๋ + NH3
هذه المعادلات تمثل بصورة مبسطة العملية التي تجري داخل المحلول وهي تزداد تعقيداً في أثناء تشكل الأزواج الشاردية.