نظرية برونستد لوري للاحماض والقواعد
ما هي نظرية برونستد لوري
نظرية برونستد – لوري وتسمى أيضًا بنظرية البروتون للأحماض والقواعد، وهي نظرية تم تقديمها بشكل مستقل في عام 1923 من قبل العالم الكيميائي الدنماركي يوهانس نيكولاس برونستد والكيميائي الإنجليزي توماس مارتن لوري، وتشير النظرية إلى أن أي مركب يمكنه نقل البروتون إلى أي مركب آخر فهو حمض، وإن والمركب الذي يقبل البروتون هو قاعدة، وإن البروتون هو جسيم نووي له وحدة شحنة كهربائية موجبة يمثله الرمز H + لأنه يشكل نواة ذرة الهيدروجين، وفقًا لمخطط برونستيد – لوري فإن يمكن للمادة أن تعمل كحامض فقط في وجود قاعدة بالمثل، يمكن للمادة أن تعمل كقاعدة فقط في وجود حمض.
ومع ذلك، عندما تفقد المادة الحمضية إلكترونا بروتونا، فإنها تتحول إلى قاعدة مصاحبة للحمض، وعندما تكتسب المادة القاعدية إلكترونا بروتونا، فإنها تتحول إلى حمض مصاحب للقاعدة. وبالتالي، يمكن تمثيل التفاعل بين مادة حمضية مثل حمض الهيدروكلوريك ومادة قاعدية بواسطة نظرية برونستد-لوري. تساهم هذه النظرية في زيادة عدد المركبات التي يمكن اعتبارها أحماضا وقواعدا، وليس فقط الجزيئات المحايدة، بل أيضا بعض الذرات والجزيئات المشحونة كهربائيا (الكاتيونات والأنيونات). على سبيل المثال، تعتبر أحماضا أيون الأمونيوم وأيون الهيدرونيوم وبعض الكاتيونات المعدنية المائية، بينما تعتبر قواعد أيونات الأسيتات والفوسفات والكربونات والكبريتيد والهالوجين،
NH3(g) + HCl(g)→NH4Cl(s)
قوة الحمض ونظرية برونستد لوري
ينفصل الأحماض القوية بشكل كامل إلى أيوناتها المكونة في المحلول المائي، ويعد حمض النيتريك مثالًا على الأحماض القوية، ويتكون من الهيدرونيوم +H3O والنترات -NO3 بعد حدوث التفاعل، ولن تظهر جزيئات في المحلول.
ولكن السؤال الشائع لهذه النظرية هو متى تعرف أن المادة حامضًا قويًا أم ضعيفًا؟ والإجابة على هذا السؤال هي أنه لا يوجد سوى عدد قليل من الأحماض القوية ومعظم المواد الأخرى تعتبرحمضًا ضعيفًا ولكن بمجرد أن تتعرف على الأحماض القوية الشائعة، فيمكننا بسهولة تحديد كل من الأحماض الضعيفة والقوية في مشاكل الكيمياء.
الأحماض القوية الشائعة
- حامض الهيدروكلوريك Hydrochloric acid (HCl)
- حمض الهيدروبروميك Hydrobromic acid (HBr)
- حامض الكبريتيك (H2SO4) Sulfuric acid
- حمض الهيدرويوديك Hydroiodic acid (HI)
- حمض النيتريك Nitric acid (HNO3)
- حمض البيركلوريك Perchloric acid (HClO4)
ما هي الأحماض والقواعد
- الحمض: هو أي مادة تحتوي على الهيدروجين وتكون قادرة على التبرع ببروتون ويكون (أيون الهيدروجين) لمادة أخرى، و للتعرف على المواد الحمضية فيتم التعرف عليها من خلال طعمها الحامض، الحمض هو في الأساس جزء يمكنه التبرع ب أيون H +، و من المعروف أن الأحماض تتحول ورقة عباد الشمس إلى اللون الأزرق .
- القاعدة : عبارة عن جزيء أو أيون قادر على قبول أيون الهيدروجين من حمض، تتميز القواعد بطعم مر وملمس زلق ويشار ايضاً إلى أن القاعدة التي يمكن إذابتها في الماء باسم (القلوي)، عندما تتفاعل هذه المواد كيميائيًا مع الأحماض فإنها تنتج الأملاح، و من المعروف أن القواعد تتحول ورقة عباد الشمس من اللون الأحمر إلى الأزرق.
خواص الأحماض والقواعد
خصائص الأحماض
- هم موصلات جيدة للكهرباء.
- تكون قيم الحموضة دائمًا أقل من 7.
- عندما تتفاعل هذه المواد مع المعادن، يتم إنتاج غاز الهيدروجين.
- الأحماض مواد ذات مذاق حامض.
- أمثلة: من بين الأحماض: حمض الكبريتيك [H2SO4]، حمض الهيدروكلوريك [HCl]، حمض الخليك [CH3COOH].
خصائص القواعد
تتميز القواعد ببعض الخصائص المميزة، مثل وجود طعم مر لجميع القواعد، وتبدو القواعد زلقة الملمس، وعندما يتم غمرها في الماء، تقوم القواعد بتوصيل الكهرباء لأنها تتكون من جزيئات مشحونة في المحلول.
- تطلق هذه المواد أيونات الهيدروكسيد (OH- أيونات) عندما تذوب في الماء.
- تعمل القواعد في محاليل الماء كموصلات جيدة للكهرباء.
- عادة ما تكون قيم الأس الهيدروجيني المقابلة للقواعد أكبر من 7.
- تعتبر القواعد مواد ذات طعم مر ولها القدرة على تحويل ورق عباد الشمس الأحمر إلى اللون الأزرق.
- أمثلة: هيدروكسيد الصوديوم [NaOH]، حليب المغنيسيا [Mg(OH)2]، هيدروكسيد الكالسيوم [Ca(OH)2].
مفهوم أرهينيوس للأحماض والقواعد
اكتشف العالم السويدي (سفانت أوجست أرينيوس) أن الأحماض هي مواد تزيد من تركيز أيونات H+ في الماء عندما تذوب فيه، وتستمر هذه البروتونات في تكوين أيونات الهيدرونيوم (H3O+) من خلال الاندماج مع جزيئات الماء. تعريف الحمض والقاعدة حسب أرهينيوس ينص على أن القواعد هي “المواد التي عند إذابتها في الماء تزيد من تركيز أيونات الهيدروكسيد فيها”. ومن مزايا هذه النظرية أنها تشرح بنجاح التفاعل بين الأحماض والقواعد التي تنتج الأملاح والماء، لكن أحد القيود المهمة لتعريفات أرهينيوس للأحماض والقواعد هي أنها لا تفسر كيف تشكل المواد التي لا تحتوي على أيونات الهيدروكسيد محاليل قاعدية عندما تذوب في الماء، مثل NO2 و F.
مفهوم لويس للأحماض والقواعد
تقول نظرية لويس للحمض أن كل نوع يحتوي على زوج من الإلكترونات فقط، وبالتالي يمكن أن يعمل كمانع لزوج الإلكترون. لا تشمل هذه النظرية ذرة الهيدروجين في تعريفها للأحماض والقواعد. وفقا لنظرية لويس، فإن الأحماض لويس تمتلك خصائص كهربائية محبة للإلكترونات، بينما تمتلك القواعد لويس صفات نووية محبة للكهرباء. تعتبر إحدى مزايا هذا المفهوم هي قدرته على تعريف العديد من المركبات على أنها أحماض أو قواعد. ومع ذلك، فإن هذه النظرية تفتقر إلى تفسير تفاعلات الأحماض القواعد التي لا تتضمن تشكيل رابطة تساهمية.
- أمثلة على أحماض لويس: Cu2 + و BF3 و Fe3 +.
- أمثلة على قواعد لويس: F- و NH3 و C2H4 (الإيثيلين).
استخدامات الأحماض والقواعد
استخدامات الأحماض
- حمض الستريك، والمعروف أيضاً باسم ملح الليمون، هو جزء من الأحماض التي يتألف منها عصير الليمونوعصير البرتقال، ويُعتبر من الأحماض الحامضة، ويستخدم في عملية حفظ الأطعمة.
- الخل هو جزء من محلول مخفف من حمض الأسيتيك، ويستخدم في العديد من التطبيقات المنزلية، ولكنه يعد واحدًا من الأحماض التي يتم استخدامها كمادة حافظة للأطعمة.
- يستخدم حمض الكبريتيك في البطاريات لتشغيل محركات السيارات، ويتواجد هذا الحمض في البطاريات.
- يستخدم حمض النيتريك وحمض الكبريتيك في الدهانات والأسمدة والإنتاج الصناعي للمتفجرات، ويستخدم أيضًا في صناعة الأصباغ.
- يستخدم حمض الفوسفوريك كمكون أساسي في صناعة العديد من المشروبات الغازية.
استخدامات القواعد
- يستخدم هيدروكسيد الصوديوم في العديد من الأغراض مثل صناعة الورق والصابون، بالإضافة إلى استخدامه في صناعة مادة الريوان.
- يستخدم هيدروكسيد الكالسيوم، المعروف بالجير المطفأ Ca (OH) 2، في الزخرفة المصنوعة منه وفي الخلطات الجافة المستخدمة في الطلاء.
- يستخدم هيدروكسيد المغنيسيوم، المعروف أيضًا باسم حليب المغنيسيا، بشكل شائع في الأدوية كملين ويساعد على تخفيف الحموضة الزائدة في المعدة.