חומצה ובסיס   עודכן לאחרונה!


חומצה ובסיס

כדי לזהות מהי חומצה ובסיס, ניעזר בהגדרות הבאות שניתנו לחומצות ולבסיסים.

נתחיל מהגדרה שהיא העשרה. אין צורך לזכור או לדעת אותה במסגרת תכנית הלימודים בכימיה.

הגדרת ארהניוס לחומצה:

חומצה היא חומר אשר בתמיסה מימית יוצר יוני הידרוניום (H3O+(aq)) / מגדיל את ריכוז יוני ההידרוניום בתמיסה.

נתבונן בדוגמה:

נתון התהליך הבא:

HCℓ(g) + H2O(ℓ)    →    H3O+(aq) + Cℓ ‾(aq)

החומר HCℓ(g) הוכנס למים והתקבלה (בתוצרים) תמיסה (aq), המכילה יוני הידרוניום (H3O+(aq)). לכן, לפי הגדרת ארהניוס לחומצות אפשר להגדיר את החומר HCℓ(g) כחומצה. התמיסה שהתקבלה היא תמיסה חומצית כי יש בה יוני הידרוניום.

נגדיר תמיסה חומצית

תמיסה חומצית היא תמיסה שיש בה יוני הידרוניום H3O+(aq)ההגדרה המדויקת יותר היא שתמיסה חומצית מכילה ריכוז גדול יותר של יוני הידרוניום H3O+(aq) בהשוואה ליוני הידרוקסיד OH ‾(aq) שמאפיינים חומר בסיסי, כפי שנראה בהמשך.

נסתפק בהגדרה הראשונית. כמו שרשמנו, תמיסה חומצית היא תמיסה המכילה יוני הידרוניום.

הדרך השנייה שבעזרתה נגדיר חומצה היא ההגדרה של ברונסטד ולאורי.
זו הגדרה שיש לזכור ולדעת על-פי דרישת תכנית הלימודים בכימיה.
הגדרה זו היא כוללנית ונכונה לא רק לתהליך שבו חומר מוכנס למים.

ההגדרה של ברונסטד ולאורי לחומצה

חומצה היא חומר אשר מוסר בתגובה יוני +H (פרוטון).

נחזור לדוגמה שכבר ראינו:

HCℓ(g) + H2O(ℓ)    →    H3O+(aq) + Cℓ ‾(aq)

החומר HCℓ(g) מסר יון של +H למולקולות המים ולכן, הפך ל- Cℓ ‾(aq). מולקולות המים קיבלו את היון +H והפכו ליון הידרוניום H3O+(aq) .
את התמיסה שהתקבלה נגדיר כתמיסה חומצית כי יש בה יוני הידרוניום.

נסביר מהו יון +H ונפרט מעט יותר מה קורה בדוגמה שלעיל.
מהו יון +H?
ראשית נציין שהיון +H שונה מיונים אחרים שאנו מכירים.
בתמיסה אין יוני H+(aq) חופשיים למעשה, יון +H (הפרוטון) עובר בתגובה מחומר אחד לחומר אחר. בדוגמה שלנו הפרוטון עבר מ- HCℓ(g) למולקולת המים.
כדי להבין מהו הרכבו החלקיקי של יון +H ניעזר בטבלה המחזורית ונתבונן בנתונים של אטום מימן.

יון H+
רוב אטומי המימן הם אטומים המכילים פרוטון אחד, אלקטרון אחד ו-0 ניוטרונים.
נסתכל רק על הפרוטונים והאלקטרונים:

נוכל להסיק שיון של +H מכיל רק פרוטון ללא אלקטרונים.
אם נחזור לדוגמה האחרונה, נוכל לומר שהחומר HCℓ(g) מוסר/מאבד יון של +H.
הוא בעצם מוסר / מאבד פרוטון, כך שסך כל הפרוטונים בחומר קטן ב-1. ערכו של המטען החשמלי בחומר ירד ב-1. לכן, במקרה זה, כשהחומר HCℓ(g) שהוא חומר ניטרלי/ אינו יון – ולכן מספר הפרוטונים הכולל שלו שווה למספר האלקטרונים הכולל שבו – מוסר יון של +H שהוא בעצם פרוטון, נותר ממנו יון כלור שלילי Cℓ ‾(aq).
כפי שלמדנו כבר, זהו חלקיק שטעון במטען שלילי, כי יש לו עודף של אלקטרון אחד – שהיה במקור באטום המימן – על-פני מספר הפרוטונים.

HCl מסר פרוטון +H והפך ל- -Cl

יון ה-+H עובר למולקולת המים.

מה קורה למולקולת המים?

מולקולת מים היא חומר ניטרלי מבחינה חשמלית. פירושו של דבר שסך כל הפרוטונים שלה שווה לסך כל האלקטרונים שלה. ברגע שמתווסף אליה יון של +H (פרוטון), מספר הפרוטונים הכולל גדל ב-1; החלקיק החדש הנוצר לאחר תוספת הפרוטון, קרוי יון הידרוניום H3O+(aq) שמטענו הוא +1.

מולקולות מים הופכת ליון ההידרוניום

יון ה- +H נקשר לאחד מזוגות האלקטרונים הלא קושרים של אטום החמצן ובאופן זה משלים את רמת האלקטרונים שלו לרמה מלאה ב-2 אלקטרונים.
נתאר זאת באופן מלא בעזרת נוסחאות הייצוג האלקטרוניות של החלקיקים השונים בתהליך באופן הבא:

נוסחאות הייצוג האלקטרוניות של החלקיקים השונים בתהליך

הבלטנו בציור את אטום המימן שעובר כיון +H ממולקולת ה- HCℓ(g) למולקולת המים.

נראה להלן דוגמה נוספת. נתון התהליך הבא :

HNO3(ℓ) + H2O(ℓ)    →    H3O+(aq) + NO3(aq)

החומר HNO3(ℓ) הוכנס למים והתקבלה (בתוצרים) תמיסה (aq) המכילה יוני הידרוניום
(H3O+(aq)) – שנוצרו כתוצאה מכך שהחומר HNO3(ℓ) מסר יוני +H למולקולות המים – ומהחומר HNO3(ℓ) נותרו יוני NO3(aq).

כעת נראה דוגמה הפוכה:

ידוע ש HCℓO4(ℓ) היא חומצה. נסחו את התהליך המתרחש בהוספת החומצה HCℓO4(ℓ) למים.
איך נדע לנסח את התהליך?
לפי ההגדרה של ברונסטד ולאורי ידוע שחומר המוגדר כחומצה, מוסר יוני +H בתגובה.
לכן בתהליך המתואר החומר HCℓO4(ℓ) ימסור יוני +H למים .

HCℓO4(ℓ) + H2O(ℓ)    →    H3O+(aq) + CℓO4(aq)

ואכן בניסוח התהליך ניתן לראות שהחומר HCℓO4(ℓ) הוכנס למים ומוסר בתגובה יוני +H למולקולות המים. בתוצרים מתקבלים בתמיסה יוני הידרוניום H3O+(aq) (המים קיבלו את יון ה-+H/ פרוטון). מה שנשאר מהחומצה זה יוני CℓO4(aq) . התמיסה שהתקבלה היא תמיסה חומצית כי היא מכילה יוני הידרוניום.

נחזור לחומצות בהמשך אבל כעת נבחו את ההגדרות לבסיס.

שוב נתחיל מההגדרה של ארהניוס שאינה נדרשת בתכנית הלימודים:

בסיס הוא חומר אשר בתמיסה מימית יוצר יוני הידרוקסיד OH ‾(aq) כלומר מגדיל את ריכוז יוני ה- OH ‾(aq) בתמיסה .

להלן דוגמה:

נתון התהליך הבא:

NH3(g) + H2O(ℓ)    →    NH4+(aq) + OH ‾(aq)

החומר NH3(g) הוכנס למים והתקבלה (בתוצרים) תמיסה (aq) המכילה יוני הידרוקסיד (OH ‾(aq)). לכן, לפי הגדרת אהרניוס, החומר NH3(g) הוא בסיס. התמיסה שהתקבלה היא תמיסה בסיסית.

נגדיר תמיסה בסיסית:

המשך התוכן בעמוד זה למנויים בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

לרכישת מנוי לחץ כאן