חומצה ובסיס   עודכן לאחרונה!


חומצה ובסיס

כדי לדעת לזהות מהי חומצה ומהו בסיס, ניעזר בהגדרות הבאות שניתנו לחומצות ולבסיסים.

נתחיל מהגדרה שהיא העשרה – לא צריך לזכור, או לדעת אותה במסגרת תוכנית הלימודים בכימיה.

ההגדרה של ארהניוס לחומצה:

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

לדוגמא:

נתון התהליך הבא:

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

ניתן לראות שהחומר HCℓ(g), הוכנס למים והתקבלה (בתוצרים) תמיסה (aq), המכילה את יוני ההידרוניום
(H3O+(aq)). לכן, ניתן להגדיר, לפי ההגדרה של ארהניוס לחומצות, את החומר HCℓ(g) כחומצה , התמיסה שהתקבלה תקרא תמיסה חומצית כי יש בה יוני ההידרוניום.

נגדיר מהי תמיסה חומצית

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

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

הדרך השנייה שבעזרתה נגדיר חומצה. היא ההגדרה של ברונסטד ולאורי.
זו ההגדרה שיש לזכור ולדעת על פי דרישת תוכנית הלימודים בכימיה.
הגדרה זו נכונה לא רק לתהליך שבו חומר מוכנס למים, אלא היא יותר כוללנית.

ההגדרה של ברונסטד ולאורי לחומצה

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

נחזור לדוגמא שכבר ראינו:

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

נראה שהחומר HCℓ(g) מסר יון של +H למולקולות המים. לכן, החומר HCℓ(g) שאיבד / מסר את +H הפך ל-
Cℓ ‾(aq), ואילו מולקולות המים קיבלו את היון +H והפכו ל- יון ההידרוניום H3O+(aq) .
את התמיסה שהתקבלה כמובן נוכל להגדיר כתמיסה חומצית כי יש בה יוני ההידרוניום.

נסביר כעת מהו יון של +H ונפרט מעט יותר מה קורה בדוגמא זו.
מהו יון של +H ?
ראשית נציין שהיון +H, שונה מיונים אחרים שאנו מכירים.
בתמיסה לא קיימים יוני H+(aq) חופשיים אלא יון +H (הפרוטון), עובר בתגובה מחומר אחד לחומר אחר. במקרה זה מ- HCℓ(g) ל- מולקולת 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 ש- יון של +H מכיל רק פרוטון (ללא אלקטרונים).
אם נחזור לדוגמא האחרונה, נוכל לומר שהחומר HCℓ(g) מוסר / מאבד יון של +H.
הוא בעצם מוסר / מאבד פרוטון, כך שסך כל הפרוטונים בחומר קטן ב-1 (החומר ירד בערכו של המטען החשמלי שלו ב-1). לכן, במקרה זה כשהחומר HCℓ(g) (שהוא חומר ניטרלי / הוא לא יון ולכן מספר הפרוטונים הכולל שלו שווה למספר האלקטרונים הכולל שבו), מוסר יון של +H (שהוא בעצם פרוטון), מה שנשאר ממנו זהCℓ ‾(aq), יון כלור שלילי.
כפי שלמדנו כבר, מדובר בחלקיק שטעון במטען שלילי, כי במצב הזה יש עודף במספר האלקטרונים (של אלקטרון אחד שהיה במקור באטום המימן) על פני מספר הפרוטונים.

HCl מסר פרוטון +H והפך ל- -Cl

יון ה- +H מועבר למולקולת המים.

מה קורה למולקולת המים?

מולקולת מים, היא גם חומר ניטרלי מבחינה חשמלית. זאת אומרת, שסך כל הפרוטונים שלה שווה לסך כל האלקטרונים שלה .
ברגע שמתווסף אליה יון של +H (פרוטון), מספר הפרוטונים הכולל גדל ב-1. לכן, כעת מתקבל החלקיק הקרוי יון ההידרוניום H3O+(aq) שמטענו הוא +1.

מולקולות מים הופכת ליון ההידרוניום

יון ה- +H נקשר לאחד מזוגות האלקטרונים הלא קושרים של אטום החמצן, ובאופן כזה 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 כיוון +H ממולקולת ה- HCℓ(g) למולקולת המים.

נראה דוגמא נוספת. נתון התהליך הבא :

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

ניתן לראות שהחומר HNO3(ℓ) הוכנס למים והתקבלה (בתוצרים) תמיסה (aq) המכילה יוני ההידרוניום
(H3O+(aq)), שנוצרו כתוצאה מכך שהחומר HNO3(ℓ) מסר יוני +H למולקולות המים, ולכן התקבלו יוני ההידרוניום H3O+(aq), ומהחומר HNO3(ℓ) נותרו יוני NO3(aq).

כעת נראה דוגמא הפוכה:

ידוע ש HCℓO4(ℓ) היא חומצה. נסח את התהליך המתרחש בהוספת החומר HCℓO4(ℓ) למים.
איך נדע לנסח את התהליך?
לפי ההגדרה של ברונסטד ולאורי אנו יודעים שחומר שמוגדר כחומצה, בתגובה מוסר יוני +H.
לכן בתהליך, 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, הוא מוסר יוני +H למולקולות המים, ומתקבלים בתמיסה יוני הידרוניום H3O+(aq) (המים קיבלו את יון ה- +H/ פרוטון). מה שנשאר מהחומצה זה יוני CℓO4(aq) . והתמיסה שהתקבלה היא תמיסה חומצית כי היא מכילה יוני ההידרוניום.

עוד נחזור לחומצות אבל כעת בואו נראה מהן ההגדרות לבסיס.

שוב נתחיל מההגדרה של ארהניוס שהיא לא נדרשת בתוכנית הלימודים:

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

דוגמא:

נתון התהליך הבא:

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

ניתן לראות שהחומר NH3(g) הוכנס למים, והתקבלה (בתוצרים) תמיסה (aq), המכילה יוני הידרוקסיד (OH ‾(aq)) ולכן, ניתן להגדיר את החומר NH3(g) כבסיס .
והתמיסה שהתקבלה היא תמיסה בסיסית.

נגדיר מהי תמיסה בסיסית?

המשך התוכן בעמוד זה למנויים (חודשי/שנתי) בלבד

אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

אם אין ברשותך מנוי אנא בדוק/בדקי את תוכניות מנויים