قوة الحموض والقواعد
كما هو معلوم أن الحمض يمنح البروتون والاساس ( القلوي) يستقبله.
ولذلك تتعلق قوة الحمض والاساس ( القلوي) بقدرة الأول على منح البروتون وقدرة الثاني على استقباله.
ليكن لدينا التوازن التالي :
يمكن تفسير قوة الحمض والاساس( القلوي)
بالاعتماد على ثوابت التوازن المتعلقة بالتوازن السابق الموافقة لثابت الحموضة Ka
وثابت القلوية Kb حيث يُعبر عن هذين الثابتين بدلالة فعالية الشوارد بالشكل التالي :
يُعبر الثابتين Ka و Kb عن تفاعلات التشرد.
ليكن لدينا الحمض HA الذي يتشرد وفق التوازن التالي :
حيث: Ki ثابت التشرد
KD ثابت التفكك
بما ان التركيز الكلي للحمض HA ناتج من تركيز الجزيئات HA غير المتشردة
وتركيز الأزواج الشاردية ¯SH ๋2 A فإن :
فإذا كان Ki << 1 نحصل على تفكك كلي
وبالتالي Ka = ki . KD
أما عندما Ki >> 1 فإن Ka = KD
وهذا ما يتفق مع المواد التي تميل الى تشكيل الأزواج الشاردية والمذيبات ذوات العزل الكهربائي ε المنخفض.
تتعلق صفات المذيب الخاص بعملية المنح والاستقبال وكل من Ka و Kb و ε
من خلال العلاقة التالية :
pK = a + b/ε
حيث يمثل a و b ثابتين يتعلقان بخاصة منح واستقبال البروتون
يرتبط ثابت الحموضة بثابت القلوية للأزواج المترافقة من خلال العلاقة بين
KA و KHA بالشكل التالي :
تُشير هذه العلاقة إلى أن قوة الحمض تكون أكبر عندما يكون الأساس المرافق ضعيفاً.
ملاحظة : يمكن الحصول على التقدير الدقيق لقوة الحمض أو الأساس في المحاليل من وجهة نظر ترموديناميكية
ووفقاً لذلك يمكن ربط ثابت الحموضة أو القلوية بإنتالبية وانتروبية التشكل من خلال العلاقة التالية :
دور المذيب في تفاعلات حمض - قاعدة
يظهر الدور المهم للمذيب بشكل واضح في عوامل التسوية والمفاضلة
يتمثل عامل التسوية في استقلالية الصفات الحمضية والاساسية ( القلوية) عن ثابت الحموضة وثابت القلوية
ففي التفاعل التالي :
ينزاح التوازن نحو اليمين وتسود الشوارد الموجبة SH ๋2 داخل المحلول
فالحموض القوية هي الحموض التي تتحول بالكامل إلى الشاردة الموجبة SH ๋2
حيث تكون الخواص الحمضية - الأساسية لجميع الحموض في المحلول المائي ذات pKa < 0 متساوية من حيث القوة
مثل : HCl، HBr، HNO3 ، HClO4
وكذلك الأسس ( القلويات) ذات pKb < 0
التي تتحول بالكامل إلى الشاردة السالبة ¯S
وفق المعادلة التالية :
تكون أيضاً متساوية من حيث القوة.
كما نعلم أنه كلما كان الحمض قوياً كان الأساس ( القلوي) المرافق له ضعيفاً
فالأسس القوية ( pKb < 0 ) توافق حموضاً مرافقة ضعيفة جداً ( pKb < pKa
لذلك تتساوى الحموض الضعيفة جداً والأسس الضعيفة جداً من حيث القوة
حيث يظهر مخطط pK وقوع الحموض والأسس الضعيفة ما بين الحموض القوية والأسس الضعيفة جداً من جهة والأسس القوية والحموض الضعيفة جداً من جهة أخرى وهي الصفات المتعلقة بالتشرد الذاتي والتي بدورها ترتبط بقيم pK
بالنظر إلى مخطط pK نجد أن مجال pK الموافق للحموض الضعيفة هو المجال الذي يحصر قيم ثوابت التشرد الذاتي للمذيبات pKSH فا من أجل المحاليل المائية يساوي 14 ومن أجل الأيثانول يساوي 19 ومن أجل محاليل النشادر السائل يساوي 33 وحدة pK
يُلاحظ فقط من أجل المذيبات المانحة للبروتون تساوي قوة الحموض وليس قوة الأسس ( القلويات) ويهمل عامل التسوية في المذيبات الغير مانحة للبروتون.
تتعلق حالات التوازن حمض - أساس
والقيمة التي توافق الثابت
بطبيعة المذيب.
فإذا كان المذيب أقوى من الماء في استقبال البروتون ( مثل النشادر) فإن جميع قيم pKa فيه تتناقص أما قوة الحموضة فتتزايد
وعندئذ تصبح جميع الحموض الضعيفة في المحاليل المائية قوية في محلول النشادر
وكلما كانت خواص المذيب القلوية قوية كانت درجة تساوي الحموض فيه أكبر
وبصورة مشابهة كلما كانت الخواص الحمضية للمذيب قوية كانت درجة تساوي الأسس فيه أكبر
ملاحظة هامة :
عند الانتقال من المذيبات الأكثر قلوية إلى المذيبات الأقل قلوية تحدث ظاهرة عكسية فالحموض القوية يمكن أن تصبح ضعيفة
مثل الحموض القوية في الماء HClO4 وHCl ذات pKa < 0 يمكن أن تصبح ضعيفة في حمض الخل الثلجي.
يطلق على هذا العامل إسم العامل التفاضلي للمذيب، كما يظهر عامل التفاضلي للمذيب من أجل الأسس أيضاً وذلك عند الانتقال من المذيب الحمضي القوي إلى الضعيف ( من الماء إلى البيريدين).