دیدکلی

نظریه‌های زیادی در مورد مفهوم اسید و باز در محلولها عنوان شده است که یکی از آنها ، نظریه آرینوس است که عنوان می‌دارد اسید ماده‌‌ای است که در آب ، نوعی ⁺H تولید می‌کند. باز نیز ماده‌ای است که در آب ، یونهای ^-OH آزاد می‌نماید. اما ایرادهای زیادی براین نظریه وارد شده است و پس از آن ، تعریف برونشتد و لوری و همچنین نظریه لوئیس ، تعاریف جامع‌تری عنوان کرده‌اند.

ایرادهای وارد بر نظریه آرنیوس

یک ایراد بزرگ در نظریه آرنیوس ، آن است که خواص اسیدی و بازی را منحصر به یونهای ⁺H و ^-OH دانسته است که در محیط آبی ، آزاد می‌شوند. در صورتیکه ما با واکنشهای مشابه و فروانی برخورد می‌کنیم که در محیط آبی صورت نمی‌گیرند. برای مثال NaO₂ و SO₃ ، دور از آب با یکدیگر ترکیب می‌شوند و نمک سولفات سدیم (NaO₂SO₃ ) پدید می‌آورند که دیگر نه خواص اسیدی و نه خواص بازی دارد.

به عبارت دیگر ، در اینجا نوعی فرایند خنثی شدن انجام گرفته است که در محیط آبی نبوده است. همچنین آمونیاک با گاز کلرید هیدروژن ترکیب می‌شود و دود سفید نمک نشادر پدید می‌آورد. این فرایند ، نیز نوعی خنثی شدن خواص بازی شناخته شده در آمونیاک بوده است و اسیدی شناخته شده در کلرید هیدروژن را می‌سازد که بدون حضور آب انجام می‌گیرد.

مفهوم یون هیدرونیوم

یون هیدروژن ، ⁺H یعنی پروتون است. قطر پروتون در حدود یک‌هزارم هر یون مثبت دیگر است. معنی این گفته ، آن است که یک واحد بار الکتریکی در این حجم بینهایت کوچک متمرکز شده است. بنابراین ، این یون باید بسیار بسیار فعال باشد و به هر مولکولی که دارای جفت الکترون است، بچسبد. به عبارت دیگر ، یون ⁺H نمی‌تواند آزادانه در آن وجود داشته باشد تا خواص اسیدی را مطابق گفته آرنیوس از خود نشان دهد.

اینجاست که مفهوم یون هیدرونیوم مطرح می‌شود که باید نوعی پروتون هیدراته شده باشد و شکل هرم‌مانند داشته باشد. یون هیدرونیوم ، مسئول پیدایش خواص اسیدی در محلولهای آبی است. تحقیقات طیف شناسی وجود یون هیدرونیوم را تایید می‌کند. یک اثبات دیگر برای وجود یون هیدرونیوم ، تفسیری است که برای تفکیک اسید کلریدریک به یونهای هیدروژن و کلرید در آب قائل می‌شویم که نامتحمل است.

هیدروژن باید از آرایش الکترونی کامل و پایدار خود صرف نظر کند و به صورت پروتون ناپایداری در آید که در حکم هسته هیدروژن است که اوربیتال 1S آن خالی است.

نظریه برونستد و لوری

برونشتد و لوری در مورد تفکیک HCl ، چنین پیشنهاد می‌کنند که پروتون مولکول HCl به مولکول H₂O منتقل می‌شود. به این ترتیب ، یک پیوند کووالانسی در HCl می‌شکند و یک پیوند کووالانسی از نوع داتیو در H₂O تشکیل می‌شود. مفهوم انتقال پروتون حتی در توجیه پیدایش خواص بازی و آزاد شدن یونهای ^-OH هنگام حل شدن آمونیاک در آب صدق می‌کند.

آزمایش نشان می‌دهد که محلول گاز آمونیاک در آب هم شامل یونهای هیدروکسید ^-OH است (که فنل فتالئین را ارغوانی می‌کند) و هم دارای یونهای آمونیوم (⁺NH₄) می‌باشد. دلایل تجربی ، وجود این یون را نیز تایید می‌کند. برای توجیه پیدایش یونهای هیدروکسید و آمونیوم ، ناچار هستیم بپذیریم که یک پروتون از آب جدا می‌شود و از طریق تشکیل پیوند کوولانسی داتیو به آمونیاک می‌پیوندد.

لطفا به ادامه مطلب مراجعه کنید...

تعریف برونستد و لوری از اسید و باز

با توجه به تحلیلهای فوق ، "برونستد" و "لوری" ، مستقل از یکدیگر به تعریف جدید و جامع‌تری برای اسید و باز رسیدند که بر اساس داد و ستد پروتون استوار است. مطابق نظریه برونشتد و لوری ، اسید ماده‌ای است که پروتون می‌دهد و باز ماده‌ای است که پروتون می‌پذیرد. اغلب برای سهولت بیان ، این نظریه را نظریه برونستد می‌نامند و مثلا می‌گویند که HCl اسید برونشتد است، یعنی پروتون می‌دهد، یا اینکه می‌گویند که NH₃ باز برونشتد است، زیرا پروتون می‌پذیرد.

بدیهی است که برای پذیرش پروتون ، باید جفت الکترون آماده برای این کار وجود داشته باشد. مانند NH₃ و NaOH.

استفاده از نظریه آرنیوس در کنار نظریه برونستد و لوری

با طرح شدن مفهوم برونشتد و لوری ، تئوری آرنیوس را کلا فراموش نمی‌کنیم. از این تئوری هنگام انجام بررسیهای ساده‌تر و در مقیاس محدودتر مربوط به محلولهای آبی اسیدها و بازها استفاده می‌کنیم.

اسید و باز مزدوج:

يكي از نظريه هاي اسيد وباز، نظريه لوري – برونستد است . اين نظريه را دردو مورد بررسي مي كنيم
1- طبق نظريه اسيد و باز لوري – برونستد، در يك واكنش انتقال پروتون اسيد پروتون داده و به باز مزدوج خود تبديل مي شود . همچنين يك باز پروتون گرفته به اسيد مزدوج خود تبديل خواهد شد . اين مفهوم را در واكنش زير مي بينيم .
HCl(aq) + NH3(g) → Cl-(aq) + NH4+(aq)
اسيد مزدوج + باز مزدوج → باز + اسيد
2- يك واكنش اسيد و باز هميشه در جهتي پيشرفت مي كند كه منجر به توليد اسيد و باز ضعيف تر شود . به همين دليل است كه تفكيك يوني اسيدهاي قوي در آب تقريبا كامل است . به عنوان مثال هيدروكلريك اسيد HCl را در نظر مي گيريم . هيدروكلريك اسيد يك اسيد قوي است، پس باز مزدوج آن يعني Cl- باز مزدوج ضعيف آن مي باشد . با يونش اين اسيد در آب اسيد قوي ناپايدار به باز مزدوج ضعيف آن كه پايدار است تبديل مي شود و جهت پيشرفت واكنش به سمت يونش اسيد مي باشد .
HCl(aq) + H2O(l) → Cl-(aq) + H3O+(aq)
باز مزدوج ضعيف → اسيد قوي
اين پديده در مورد يونش اسيدهاي ضعيف در آب اهميت زيادي دارد . آيا مي توانيد با توجه به آن جهت پيشرفت واكنش را در يونش يك اسيد ضعيف در آب پيش بيني كنيد؟