التصنيف: العلوم الفيزيائية السنة الثالثة تانوي

في عام 1923 الكيميائي جوهان برونستد اقترح تعريف للأحماض و الأسس حيث :
حمض برونستد : هو الذي يميل لفقدان بروتون أو أكثر
أساس برونستد : هو الذي يميل لأخذ بروتون أو أكثر

شكل رقم (1)
حمض برونستد و لوري تفقد بروتون
أساس برونستد و لوري تكسب بروتون
و نفس التعريف أعطي من طرف الكيميائي الإنكليزي طوماس لوري Thomas LoWry
و بهذا سميت ( نظرية برونستد ـ لوري ) ، و هكذا نجد أن تفاعل حمض و أساس، بهذا المفهوم يعطي حمضا و أساسا جديدين و ذلك حسب العلاقة التالية :

من المعادلة الكيميائية السابقة (C ) تدعى الأسس و الأحماض الأزواج المترافقة، فالحمض(1) حمض مرافق للأساس ( 1 ) ، و كذلك الحمض ( 2 ) حمض مرافق للأساس ( 2 )
مثال :

و هكذا فإن الحمض يمكن أن يكون على شكل جزيء أو شاردة موجبة أو شاردة سالبة كما في المعادلات الكيميائية التالية :

و على هذا يمكن اعتبار جميع الشوارد السالبة أسس لأنها يمكنها الارتباط مع البروتون H+، وكذلك يمكن اعتبار الماء أساسا وحمضا. فعندما يكون حمضا يكون أساسه المرافق شاردة الهيدروكسيد

و عندما يسلك الماء سلوك الأساس يكون حمضه المرافق شاردة الهيدرونيوم

ومنه نتوصل إلى أن الماء قد يكون حمضا ( يعطي بروتونا ) أو أساسا( يستقبل بروتونا )، ففي حالة وجود جزيء أو شاردة من مادة ما لها ميولا أكثر لفقدان بروتون للماء، فإن الماء يسلك سلوكا أساسيا كما في الشكل (2) الآتي :

شكل رقم ( 2 ) الماء يسلك سلوكا أساسيا

و كذلك انحلال كلور الهيدروجين في الماء يكون شرها ، أي في 1 لتر من الماء تنحل فيه تقريبا 450 لتر من غاز كلور الهيدروجين في درجة حرارة 20°مئوية كما في التجربة شكل ( 3 )

و عند انحلال غاز كلور الهيدروجين في الماء يصبح ناقلا جيدا للتيار الكهربائي كما في التجربة التالية شكل ( 4 )

عندما نضيف بضع قطرات من محلول مائي حمض كلور الهيدروجين إلى الماء الموجود في البشر نلاحظ احمرار سلك المصباح ، و يزداد سلك المصباح في التوهج حتى الإضاءة عندما نسكب بضع السنتمترات المكعبة من المحلول المائي كلور الهيدروجين ، أي أن محلول المائي لكلور الهيدروجين يتشرد كليا وفق المعادلة الكيميائية التالية :

بينما في حالة الأساس يكون التفاعل كما يلي :

و إذا وجدت مادة على شكل شاردة أو جزيء لها ميول لاستقبال ( ضم ) بروتون أكثر من الماء، فإن الماء يسلك سلوكا حمضيا شكل ( 5 )

شكل رقم ( 5 )
تمثيل انتقال البروتون من الماء

الملف يحتوي على أهم الثنائيات ox/red المستعملة في الوحدة الأولى كيمياء للسنة الثالثة ثانوي الشعب العلمية مع ملوناتها و مثال عن ذلك ؛ الملف للأستاذ عبد القادر قازوري
التحميل من هنا

في حالة الأحماض و الأسس القوية في الماء تكون ناقليتها للتيار الكهربائي جيدة أي تشردها يكون كليا تقريبا ففي المعادلة الكيميائية

و من هنا نقول أن محلول حمض كلور الهيدروجين هو حمض قوي ، فالحمض القوي هو مركب الشكل HAالذي يتشرد كليا عند انحلاله في الماء إلى H3O و A- وفق المعادلة الكيميائية

بينما مفهوم الأساس القوي يكون حسب الدراسة التجريبية التاليةشكل (10)

شكل ( 10)
تجربة أساسية المحلول المائي لإيثانوات الصوديوم الأساسي
نحصل علىشاردة الايتانوات CH3CH2O- من التفاعل

1/2H2Na CH3CH2OH Na CH3CH2O-إيتانوات الصوديوم إيتانول

في أنبوب اختبار نضع محلول إيتانول النقي و نضيف إليه قطعة من الصوديوم فنلاحظ انطلاق غاز الهيدروجين، كما أن إضافة بضع قطرات من الكاشف فينول فتالين إلى الأنبوب نحصل على لون بنفسجي دلالة على أن إيتانوات الصوديوم له خصائص أساسية أي أن الشاردة CH3CH2O- هي أساس قوي
مما سبق من عدم تساوي قوة الأحماض و قوة الأسس يمكن أن نصنف الأحماض والأسس حسب قوتها كما في الجدول (2 ) التالي :

جدول ( 2) ترتيب الأحماض و الأسس حسب قوتها
كما يمكن أن نعين قوة الأحماض أو الأسس حسب Ka أو Kb أي حسب pka أو pkb كما هو مبين في الجدولين ( 3 ) و ( 4 ) التاليين:

جدول ( 3)
ثابت الحموضة عند درجة حرارة 25°م

جدول ( 4 )
ثابت الأساس لبعض المواد عند درجة حرارة 25°م
و المحاليل الحمضية والأساسية الضعيفة و القوية تمثيلها حسب الأشكال التالية:

شكل رقم ( 11 )
شوارد الهيدرونيوم H3O
في محلول حمضي ضعيف قليلة جدا

شكل رقم ( 12 )
شوارد الهيدروكسيد OH-
في محلول أساسي ضعيف قليلة جدا

شكل رقم ( 13)
شوارد الهيدروكسيد OH-
في محلول أساسي قوي توجد بكمية كبيرة جدا

شكل رقم ( 14 )
شوارد الهيدرونيوم H3O
في محلول حمضي قوي توجد بكمية كبيرة جدا
كما لو أخذنا محلولين حمضيين أحدهما حمض قوي و الآخر حمض ضعيف، و أن هذين المحلولين متماثلين في التركيز ( متساويين في التركيز )، فعندما نضع كمية متساوية من المغنزيوم في المحلولين نجد أن في الحمض القوي يحرر غاز الهيدروجين أكثر من تحرر غاز الهيدروجين في المحلول الحمضي الضعيف

كما يمكن أن نبين قوة الأحماض و الأسس حسب تأينها في الماء أو حسب نقلها للتيار الكهربائي

ـ لا يضيء المصباح في ( أ ) لأن محلول HCl في البنزين لا يتشرد
ـ يضيء المصباح في ( ب ) بضوء خافت لأن محلول حمض الخل في الماء ضعيف التشرد
ـ يضيء المصباح في ( ج ) لأن محلول HCl في الماء يتشرد
أما حد القوة للأحماض و الأسس فهي كل حمض HA الذي يحرر بروتونا أكثر و أقوى من H3O التي تعطي بروتونها لجزيء الماء O H2 كل من هذه الأحماض تعتبر أحماض قوية وتشردها يكون كليا في الماء
أما الأحماض الضعيفة فهي التي تحرر بروتونا أضعف من H3O في المحلول و الأسس القوية هي التي تتشردكليا و تمرر التيار الكهربائي مرورا جيدا، بينما الأسس الضعيفة هي التي لا تمرر التيار الكهربائي مرورا جيدا والتي لا تتشرد كليا

شكل رقم ( 15 )
حدود الأحماض و الأسس
أما في حالة التي يكون فيها المحاليل الحمضية مثل . HClO4. HClO3 HClO . HClO2
فإن رقم التأكسد للذرة المركزية كلما كان كبيرا كان الحمض قويا كما في الجدول (5)

جدول رقم ( 5 ) علاقة pKa برقم التأكسد
كما أن هناك فرق بين الكحولات و الأحماض الكربونية بحيث الكحولات هي التي تحوي زمرة(OH_ ) المرتبطة تكافئيا بذرة الكربون مثل الإيتانول OHH5 C2 الذي يعتبر حمضا ضعيفا
جدا في الماء، بينما نجد أن حمض الخل CH3 COOH هو حمض ضعيف و لكن أقوى من الإيتانول كون أن زيادة ذرات الأكسجين في حمض الخل أدى إلى زيادة قوة الحموضة فيه

شكل رقم (16)OHCH2CH3 حمض الخل

شكل رقم (17)
CH3COOH كحول إيثيلي
و عندما تكون الذرة المركزية مختلفة في محلول حمضي فإن كلما كانت الكهروسلبية لهذه الذرة كبيرة كان الحمض قويا لكون أنه يفقد البروتون بكل سهولة
مثال
HClO4 . HIO4 . H3PO4. H3AsO4 فإن قوة الحمض تكون مختلفة باختلاف الذرة المركزية ، حيث كلما كانت الكهروسلبية لهذه الذرة المركزية كبيرا كان الحمض قويا، كون أنه يفقد البروتون بكل سهولةكما في الجدول رقم (6)

جدول رقم ( 6 )
علاقة pKa بالكهروسلبية
كما أن المذيب يمكن أن يؤثر على تفكك الأحماض الضعيفة مثل محلول الميثانول عند درجة حرارة 25° مئوية
10% من ميثانول مع 90% من الماء يكونKa = 1.25 10-5 و أن pKa = 4.9
20% من ميثانول مع 80% من الماء يكون Ka = 8.34 10-5 و أنpKa = 5.1
و بذلك نلاحظ تأثير المذيب على ثابت التشرد للمحاليل مما يؤدي إلى اختلاف في القوة كون أن هناك اختلاف فيpKa
كما أن أحماض لويس مثل ثلاثي فلور البور ، كلور الألمنيوم ، هي عوامل مساعدة في بعض التفاعلات الكيميائية العضوية ، و هناك صعوبة في تحديد قياسات كمية نسبة لحامضية لويس ففي المركبات الكيميائية التالية تعطى الترتيب للحامضية بالتقريب

كما أن البنية لجزيئات تؤثر في الأحماض و الأسس بحيث أن بنية الأحماض و الأسس تلعب دورا هاما في تركيب الأحماض و الأسس حسب القوة فهي تعتمد اعتمادا كبيرا على طبيعة و تركيب الذرات المتصلة بالمجموعة الوظيفية، فهناك تأثيرات بنائية كتأثير الكهروستاتيكي (الحاث) والتأثيرات الفراغيةوالتأثيرات الرنين
و على سبيل المثال في التأثير الكهروستاتيكي فإن استقطاب إحدى الروابط تحت تأثير رابطة أو مجموعة قطبية مجاورة بالتأثير الكهروستاتيكي، و من الممكن أن ينشأ التأثير الحاث نتيجة الشحنات أو الأقطاب المزدوجة داخل الجزيء مثل كلور الإيثان
Cl ـ CH2 ـ CH3
تعمل ذرة الكلور ذات السالبية الكهربائية في كلور الإيثان على جذب الكثافة الالكترونية في ذرة الكربون المتصلة بها، و بذلك تعمل على تشكيل أزواج قطبي دائم.
و توضح في الجدول التالي تأثيرات الكهروستاتيكي لبعض الذرات السالبة الكهربية على حامضية بعض الأحماض الكربوكسيلية.

كما أن قيم pKa للأحماض ثنائية الكربوكسيل توضح التأثير المعاكس للازدواج القطبي على الحامضية ، و يكون التشرد الثاني عادة أقل من ثابت التشرد أحادي الكربوكسيل

كما أن قيم pka للأحماض ثنائية الكربوكسيل توضح الثأتير المعاكس للإزدواج القطبي على الحامضية , و يكون التشرد الثاني عادة أقل من تابت التشرد أحادي الكربوكسيل .
أنظر الجدول رقم (8)التالي :

جدول رقم (8 ) علاقة قوة الأحماض بتعدد الوظيفة
اختبر نفسك
التمرين الأول :
محلول مائي من HCl تركيزه 0.025 مول/ لتر أحسب كل من
[H 3 O ] ، [ OH-] ، [ Cl- ]
الحل
باعتبار أن محلول الحمض HCl محلول حمضي قوي أي يتشرد كليا في الماء فإن تركيز
[ H 3 O ] = 0.025 مول/ لتر و هذا وفق التفاعل الكيميائي التالي

و من المعادلة السابقة نجد أن تركيز أيون الكلور يساوي تركيز أيون الهيدرونيوم كون أن التفاعل تام أي أن [H 3 O ] = [ Cl-] = 0.025 مول/ لتر
بينما عند حساب تركيز [ OH- ] يكون [H 3 O ] [OH- ] = 10-14
و منه
0.025 [- OH ] = 10-14
[- OH ] = 13 -.10 .4 مول/ لتر
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

التمرين الثاني :
ما هي القاعدة المرافقة لكل من :
( أ )HNO3 ، ( ب ) H2O ، ( ج ) HNO2 ،( د ) HSO4-، ( هـ ) H2PO4- (و)NH4 ، ( ن ) H3PO4 ، ( ي) HI
الحل:
إن الأساس المرافق نحصل عليه بنزع شاردة الهيدروجين H الواحدة من الجزيء المقترح، فالأساس المرافق للأحماض المعطاة هي على الترتيب :
( أ ) NO3- ، ( ب ) OH- ، ( ج ) NO2- ، ( د ) SO4– ، ( هـ ) HPO4– ،
(و)NH3 ، ( ن ) H2PO4- ، ( ي ) I-
التمرين الثالث
يتشرد حمض الفسفور في محلول مائي له وفق التفاعلات التالية

حيث 7.6×10-3 =K1 ثابت التوازن للتفاعل الأول و 6.2×10-8 = K2 للتفاعل الثاني
و K3 = 4.8 x 10 -13 للتفاعل الثالث و المطلوب
أ ـ حساب ثابت التشرد الإجمالي الحاصل
ب ـ حساب تركيز كل من H2PO4- و H و HPO4– و PO4— في محلول منH3PO4 تركيزه 0.001 مول/لتر
الحل
أ ـ المعادلة الكيميائية الإجمالية هي من الشكل

و منه يكون ثابت التوازن الكلي Kt هو :