- מהן חומצות ובסיסים?
- מאפיינים של חומצות ובסיסים
- חומצות ובסיסים בחיי היומיום
- מחווני חומצה ובסיס
- תגובת נטרול
- דוגמאות לחומצות ובסיסים
אנו מסבירים מהן חומצות ובסיסים, מאפיינים, אינדיקטורים ודוגמאות. כמו כן, מהי תגובת הנטרול.
מהן חומצות ובסיסים?
חומצה זה חומר כימי מסוגל להניב פרוטונים (H+) לכימיקל אחר. בסיס הוא אותו חומר כימי המסוגל ללכוד פרוטונים (H+) מחומר כימי אחר.
עם זאת, ישנן שתי תיאוריות יסוד כדי להסביר מהן חומצות ובסיסים: תיאוריית ארניוס ותיאוריית ברונסטד-לורי.
על פי תורת ארניוס:
חומצה היא חומר שמוותר על פרוטונים (H+) בתמיסה מימית. כלומר, מדובר בחומר נייטרלי, שכשהוא מומס במים מתפרק ליונים שלו לפי הדברים הבאים תְגוּבָה נציג:
לדוגמה: חומצה הידרוכלורית (HCl)
בסיס הוא חומר המוותר על יוני OH- בתמיסה מימית. לדוגמה: נתרן הידרוקסיד (NaOH)
לתיאוריה זו יש מגבלות, כי לפיה תרכובות אלו מוגדרות רק בתמיסה מימית ולא במדיות אחרות. יתר על כן, הוא אינו מסביר תרכובות כגון אמוניה (NH3), שהיא בסיס, אך מכיוון שאין בה OH– בהרכבו, הוא אינו עונה על ההגדרה Arrhenius של בסיס.
בשביל כל זה, היה צורך בתיאוריה חדשה כדי להסביר טוב יותר את המושגים של חומצה ובסיס. אז מאוחר יותר פיתחו ברונסטד ולורי תיאוריה חדשה, הכוללת עקרונות של ארניוס, אך לא רק נחשבת בתמיסה מימית, ולכן היא הרבה יותר מקיפה.
לפי תיאוריית ברונסטד-לורי:
לפי תיאוריה זו, חומצה היא חומר כימי המסוגל לוותר על פרוטונים (H+) לחומר כימי אחר ובסיס הוא אותו חומר כימי המסוגל ללכוד פרוטונים (H+) מחומר כימי אחר.
לפי תיאוריה זו, תגובת חומצה-בסיס היא שיווי משקל שניתן לבטא כך:
כאשר HA מתנהג כמו חומצה, מכיוון שהוא מוותר על פרוטון H + כדי להישאר כ-A–. מצד שני, B מתנהג כמו בסיס, שכן הוא לוכד פרוטון H + כדי להפוך ל-HB +.
חומרים מסוימים יכולים להתנהג כחומצות ובסיסים בו-זמנית ונאמר שהם אמפוטריים. זה תלוי בסביבה שבה הם נמצאים או עם מי הם מגיבים. דוגמה לסוג זה של חומר היא מים:
במשוואה הראשונה, המים לוכדים פרוטון H +, מתנהג כמו בסיס והופך ל- H3O +. בעוד במשוואה, מים מוותרים על פרוטון H +, מתנהגים כמו חומצה והופכים ל-OH–.
כנראה שבשתי התיאוריות, לחומצות ולבסיסים יש פרופורציות שונות של יוני מימן (H+). זה קובע את החומציות שלו (במקרה של חומצות) או את הבסיסיות או הבסיסיות שלו (במקרה של בסיסים).
ה pH הוא הגודל המשמש למדידת החומציות או הבסיסיות של תמיסה, כלומר, הוא מציין את ריכוז יוני המימן הקיימים בה.
- חומצות. חומרים בעלי pH של 0 עד 6.
- ניטראלי חומר עם pH 7 (מים).
- בסיסים / אלקליות. חומרים בעלי pH של 8 עד 14.
ככל שה-pH של חומר נמוך יותר, כך דרגת החומציות שלו גבוהה יותר. לדוגמה, ל-HCl טהור יש pH קרוב ל-0. מצד שני, ככל שה-pH של חומר גבוה יותר, כך גדלה מידת האלקליניות שלו. לדוגמה, לסודה קאוסטית יש pH שווה ל-14.
מאפיינים של חומצות ובסיסים
גם חומצות וגם בסיסים יכולים להתקיים כ נוזלים, מוצק אוֹ גזים. מצד שני, הם יכולים להתקיים בתור חומרים טהורים או מדולל, שומר על רבות מתכונותיו.
ההבדל ב-pH הוא התכונה הבולטת ביותר של כל אחד מהם. כאשר ערך ה-pH של תרכובת מגיע לאחד הקיצונים שלו, זה אומר שתרכובת זו מסוכנת ביותר עבור רוב החומרים, הן אורגני, מה דוֹמֵם.
לחומצות ולבסיסים יש מאפיינים פיזיקליים שונים:
חומצות
- יש להם טעם חמצמץ (לדוגמה: חומצה הקיימת בפירות הדר שונים).
- הם מאכלים מאוד ועלולים לגרום לכוויות כימיות בעור או לנזק בדרכי הנשימה אם הגזים שלהם נשאפים.
- הם מנצחים טובים של חַשְׁמַל בתמיסות מימיות.
- הם מגיבים עם מתכות ייצור מלחים ומימן.
- הם מגיבים עם תחמוצות מתכות ליצירת מלח ו מים.
בסיסים
- יש להם טעם מר אופייני.
- הם מוליכים טוב של חשמל פתרונות מֵימִי.
- הם מגרים את העור: הם ממיסים שומן בעור ויכולים להרוס חומרים אורגניים בשל השפעתם הקוסטית. שֶׁלוֹ נְשִׁימָה זה גם מסוכן.
- יש להם מגע סבון.
- הם מסיסים במים.
חומצות ובסיסים בחיי היומיום
נוכחותם של חומצות ובסיסים בחיי היומיום שלנו היא בשפע. לדוגמה, בתוך הסוללות של המכשירים האלקטרוניים שלנו יש בדרך כלל חומצה גופרתית. מסיבה זו, כאשר הם ניזוקים ותכולתם מוזגת לתוך המכשיר, הם מגיבים עם מתכת האלקטרודות ויוצרים מלח לבנבן.
ישנן גם חומצות מתונות שאנו מטפלים בהן ביום יום, כגון חומצה אצטית (חומץ), חומצה אצטילסליצילית (אספירין), חומצה אסקורבית (ויטמין C), חומצה פחמית (הקיימת במשקאות מוגזים), חומצת לימון (הקיימת בפירות הדר), או חומצה הידרוכלורית (מיץ קיבה שהקיבה שלנו מפרישה כדי להמיס מזון).
לגבי הבסיסים, סודיום ביקרבונט משמש לאפייה, כדאודורנט ובתרופות שונות נגד צרבת. בסיסים נפוצים נוספים הם נתרן קרבונט (דטרגנט), נתרן היפוכלוריט (מלבין ניקוי), מגנזיום הידרוקסיד (חומר משלשל) וסידן הידרוקסיד (סיד בנייה).
מחווני חומצה ובסיס
הדרך להבחין בין תרכובת חומצית לבסיסית היא על ידי מדידת ערך ה-pH שלה. כיום ישנן שיטות רבות למדידת ה-pH של חומר.
- שימוש באינדיקטורים של חומצה-בסיס. אינדיקטורים הם תרכובות המשתנות מ צֶבַע על ידי שינוי ה-pH של התמיסה שבה הם נמצאים. לדוגמה, פנולפתלין הוא נוזל שהופך ורוד אם מוסיפים אותו לבסיס והופך חסר צבע אם מוסיפים אותו לחומצה. דוגמה נוספת היא נייר לקמוס, שטבול בתמיסה ואם הוא הופך לאדום או כתום זה יהיה חומר חומצי ואם יהפוך לכהה זה יהיה תמיסה בסיסית.
- שימוש בפוטנציומטר או מד pH. יש ציוד אלקטרוני שנותן לנו ישירות את ערך ה-pH של תמיסה.
תגובת נטרול
תגובת הנטרול או (תגובת חומצה-בסיס) היא א תגובה כימית מה קורה כאשר מערבבים את שני סוגי התרכובות הללו, ומקבלים בתמורה מלח וכמות מסוימת של מים. תגובות אלו הן בדרך כלל אקסותרמי (הם מייצרים חוֹם) ושמו בא מהעובדה שתכונות החומצה והבסיס מבטלות זו את זו.
כדי לסווג תגובות נטרול, חשוב להכיר את סוגי החומצות והבסיסים.
- חומצה חזקה. זוהי חומצה שכאשר בתמיסה מימית היא מיוננת לחלוטין, כלומר, היא הופכת אליה לחלוטין יונים שמרכיבים את המולקולה שלו. לדוגמה: HCl (aq), HBr (aq), H2SO4 (aq).
- בסיס חזק. זהו בסיס שכאשר נמצא בתמיסה מימית הוא מיונן לחלוטין, כלומר, הוא הופך לחלוטין ליונים המרכיבים את המולקולה שלו. לדוגמה: NaOH (aq), LiOH (aq), KOH (aq).
- חומצה חלשה. זוהי חומצה שכאשר בתמיסה מימית היא מיוננת חלקית, כלומר, היא אינה הופכת לחלוטין ליונים המרכיבות את המולקולה שלה. לכן, ריכוז היונים בתמיסה של חומצה מסוג זה נמוך יותר מאשר בחומצה חזקה. לדוגמה: חומצת לימון, חומצה פחמית (H2CO3)
- בסיס חלש. זהו בסיס שכאשר נמצא בתמיסה מימית הוא מיונן חלקית. כלומר, הוא אינו הופך לחלוטין ליונים המרכיבים את המולקולה שלו. לכן, ריכוז היונים בתמיסה של סוג זה של בסיס נמוך יותר מאשר בבסיס חזק. לדוגמה: אמוניה (NH3), אמוניום הידרוקסיד (NH4OH)
תגובות ניטרול יכולות להתרחש בארבע דרכים, בהתאם לתכונות הריאגנטים שלהם:
- חומצה חזקה ובסיס חזק. המגיב השכיח ביותר יישאר בתמיסה ביחס לשני. ה-pH של התמיסה המתקבלת יהיה תלוי באיזה מגיב הוא גדול יותר פּרוֹפּוֹרצִיָה.
- חומצה חלשה ובסיס חזק. תתקבל תמיסה של pH בסיסי, הבסיס יישאר בתמיסה.
- חומצה חזקה ובסיס חלש. החומצה מנוטרלת ושיעור חומצה יישאר בתמיסה, בהתאם לדרגת הריכוז של החומצה. ה-pH של התמיסה המתקבלת הוא חומצי.
- חומצה חלשה ובסיס חלש. התוצאה תהיה חומצית או בסיסית בהתאם לריכוזי הריאגנטים שלך.
דוגמאות לחומצות ובסיסים
חומצות
-
- חומצה הידרוכלורית (HCl)
- חומצה גופרתית (H2SO4)
- חומצה חנקתית (HNO3)
- חומצה פרכלורית (HClO4)
- חומצה פורמית (CH2O2)
- חומצה ברומית (HBrO3)
- חומצת בורית (H3BO3)
- חומצה אצטית (C2H4O2)
בסיסים
- סודה קאוסטית (NaOH)
- סידן הידרוקסיד (Ca (OH) 2)
- אמוניה (NH3)
- נתרן ביקרבונט (NaHCO3)
- אשלגן הידרוקסיד (KOH)
- נתרן היפוכלוריט (NaClO)
- סידן פלואוריד (CaF2)
- בריום הידרוקסיד (Ba [OH] 2)
- הידרוקסיד של ברזל (III) (Fe [OH] 3)