تعريف الحمض والقاعدة حسب أرهينيوس

الحمض والقاعدة عند أرهينيوس

يشير الحمض بمفهوم أرهينيوس إلى أي مادة تساهم بأيونات الهيدروجين (H+) في المحلول.

تعني القاعدة لدى أرهينيوس أن أي مادة تساهم بأيونات الهيدروكسيد (OH -) في المحلول تُعتبر قاعدة.

تم استخدام هذا التعريف الذي استخدمه أرهينيوس نتيجة للبحث المبكر الذي أجراه سفانتي أرينيوس، والذي كانت أطروحة الدكتوراه له لعام 1884 متعلقة بتفكك الإلكتروليتات، حيث حقق هذا البحث والتحليلنجاحًا في النهاية وحصوله على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1903.

تعريف أرهينيوس الذي يعود إلى قرون من الزمن هو بالواقع التعريف الذي يتلقاه الشخص عندما يتجول ويسأل طاقم طبي عشوائي لتحديد ماهية الحمض. يتم تعزيز هذا المفهوم من خلال نظام التعليم الذي يصر على ذلك

• HA → H + + A –

هذا ، وفقًا لمؤلف واحد على الأقل ، هو فشل من جانب نظام التعليم، التعريف عفا عليه الزمن وهناك حجة جيدة بأنه لا ينبغي استخدامه بعد الآن لتسميم العقول الحساسة لطلاب الكيمياء ، على الرغم من أن المفهوم كان صحيحًا بالنسبة لمعظم الأحماض والقواعد المعروفة في ذلك الوقت ، حتى في وقت مبكر من تاريخه كان هناك قلق من أنه تعريف غير مرضٍ.

مشاكل في تعريفات أرهينيوس للأحماض والقواعد

يجب الاعتراف بالعديد من المشكلات المتعلقة بالتعريف، حيث قد يتعرض للسخرية الشعبية، ومن خلال السخرية يمكن استبداله بتعريف أكثر قوة، ومن بين هذه المشاكل:

• على الرغم من الاعتقاد الشائع بأن أيونات الهيدروجين هي مكونات حقيقية للحل، إلا أنها في الواقع وهمية إلى حد كبير. ويمكن للماء أن يكشف عن بعض البروتونات الكامنة بين جزيئاته عند النظر إليه بشكل سريع، ولكن تقارب البروتون لجزيء الماء ضخم، حوالي 700 كيلو جول/مول، مما يعني أن تكوين أيون الهيدرونيوم، H3O+، باستخدام H+ و H2O يفضله بشدة قوانين الديناميكا الحرارية. ولذلك، يكون البروتون نادرا في المحاليل المائية حيث يتم امتصاصه على الفور. ويصف لوري هذه الممانعة الشديدة لنواة الهيدروجين بأنها “تعد عائقا كبيرا لحياة النواة المنعزلة”. وقد نشر فريق من مدرسي الكيمياء قيمة تقديرية لتركيز H+ الحقيقي، والتي قدرت بما يتراوح بين 10-130 مول/لتر.
• يجب على المذيب أن يلعب دورا، وعدم النظر إلى أي محلول آخر غير المائي كنموذج أرهينيوس، فالمذيب هو خلفية غير مرئية فقط للمعادلات، ومع ذلك، إذا تم حل مادة حمضية في مذيب غريب مثل الكيروسين أو الهيليوم السائل، فسوف ينتج محلول ذو حموضة مختلفة عن الماء.
• تتحلل الأملاح إلى محاليل غير محايدة. ينبغي حل الملح في الماء وفقا لآرينيوس للوصول إلى حل محايد تماما، حيث لا يوجد تركيز لـ H+ أو OH-، ولكن هذا ليس الحال دائما. على سبيل المثال، تشكل الأملاح التي تحتوي على أنيونات مشتقة من الأحماض الضعيفة محاليل قاعدية.

الحمض هو مادة يمكن إزالة بروتون منها ،
القاعدة هي المادة التي يمكنها إزالة البروتون من الحمض ،
يحدد التعريف الحرفي للحمض أنه موجود فقط كحمض في حالة الاختلاط مع القاعدة، والعكس صحيح أيضًا. وجاء هذا التعريف في وقت ما في عام 1923 من قبل هؤلاء الباحثين.

الحمض والقاعدة عند برونستد ولوري

نشر برونستد مقالًا يعبر فيه عن آرائه حول التفسيرات النظرية للأحماض والقواعد، بينما كتب لوري رسالة طويلة إلى محرر مجلة The Journal of the Society of Chemical Industry، يتحدث فيها عن تفرد الهيدروجين.

يكمن تفوق هذا التعريف على تعريف أرهينيوس السابق في تجنبه لعبثية التفكك ، لا يُدعى أي شخص في أي مرحلة للاعتقاد بأن محلول أحادي المولي من حمض الهيدروكلوريك يحتوي على مول واحد من البروتونات ، يدور حوله بحثًا عن الجلد ليذوب ، بدلاً من ذلك ، ينقل الحمض البروتون إلى جزيء آخر يعمل كقاعدة أي متقبل للبروتون ، المعاملة بالسرعة التي تسمح بها قوانين الفيزياء ، والبروتونات موجودة فقط في عزلة لفترة زمنية قصيرة بشكل مثير للسخرية.

يسمح هذا أيضًا بدمج المذيب في المعادلة على شكل مشارك أساسي أو حمضي كما يلي:

• HA + H 2 O → H 3 O + + A –

بالتالي، فإن حمض HA في الواقع يحتوي على قاعدة مرافقة A، وهي تحتفظ بالبروتون عندما لا يكون هناك مذيب مثل الماء في هذه المعادلة. عندما يكون الماء موجودا كمذيب، يعمل كقاعدة أقوى حيث يأخذ البروتون من الحمض. اقتران القاعدة والحمض هو مفهوم رئيسي في هذا النموذج، والذي ينطبق في الواقع. اليوم، يمكننا وصف اللاكتات في محلول هارتمان كقاعدة مقترنة لحمض اللاكتيك.

وبهذه الطريقة، تفتح النظرية الباب لاحتمال وجود مواد برمائية، أي تلك التي قد تتبرع بالبروتونات أو تستقبلها.

مشاكل مع تعريف برونستد ولوري للأحماض والقواعد

على الرغم من كون هذا التعريف شائعًا ومناسبًا لأغراض طبية بجانب السرير، إلا أنه لا يزال غير صحيح لنوع الشخص الذي يقرأ عرضًا في الكيمياء البحتة والتطبيقية، وهناك عدة أسباب لذلك

• لا يوجد تعريف محدد للحياد في نظرية أرينيوس القديمة للأحماض والقواعد، وعلى الرغم من أنه يمكن الادعاء بأن الحل يكون محايدا عندما يكون تركيز أيونات H+ وOH- متساويا، إلا أن هذا التعريف غير محدد بما يكفي. وفي نظرية برونستد لوري تم تحديد التعريف بشكل أدق.
• ما زالت النظرية تهتم بحركة البروتونات، على الرغم من أنها لم تعد مهتمة بوصف أسراب كاملة من البروتونات. ومع ذلك، لا يزال هناك اعتماد على البروتونات التي تتبادل شركاء الرقص، وهذا لا يفسر سلوك المواد المذابة “ابروتوني” مثل CO 2 أو SO 2، التي تتصرف كما لو كانت حموضا على الرغم من عدم وجود بروتونات للتبرع. وبعض هذه المواد لا تتطلب حتى حلا للتفاعل، على سبيل المثال، يحدث تفاعل CaO + SO 3 → CaSO 4 في حالة عدم وجود مذيب.
• ما زالت النظرية تفضل المذيبات القطبية، وتستثنى المذيبات غير القطبية التي لا تشارك تماما في العمليات المتعلقة بالبروتونات من هذا التعريف. وبالتالي، يفشل النموذج في شرح ما يحدث للحمض المذاب في الأسيتون.

في عام 1923 ،في وقت قريب من نشر  برونستد و لوري ، كتب جيلبرت نيوتن لويس: ” لقد اعتدنا على استخدام الماء كمذيب ، وكثيراً ما تقتصر بياناتنا على تلك التي يتم الحصول عليها في المحاليل المائية ، لدرجة أننا كثيرًا ما نعرّف الحمض أو القاعدة على أنها مادة يعطي محلولها المائي ، على التوالي ، تركيزًا أعلى من أيون الهيدروجين أو أيون الهيدروكسيد من الماء النقي ، هذا تعريف من جانب واحد. “

تسبب اعتراضات لويس على إهمال المذيبات الأولية في تعريف أكثر تعقيدًا، والذي أصبح جزءًا من نموذج برونستد ولوري المدمج في ذخيرة الكيمياء الحديثة.