חומצה ובסיס


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 מימית (aq), המכילה יונים שאחר מהם הוא יון הידרוניום (H3O+(aq)). לכן, לפי הגדרת ארהניוס לחומצות אפשר להגדיר את החומר HCℓ(g) כחומצה. התמיסה שהתקבלה היא תמיסה חומצית כי יש בה עודף יוני הידרוניום.

דוגמה נוספת :

HBr(g) + H2O(ℓ)    →    H3O+(aq) + Br ‾(aq)

החומר HBr(g) הוכנס למים והתקבלה (בתוצרים) תמיסה מימית (aq), המכילה יונים שאחר מהם הוא יון הידרוניום (H3O+(aq)). לכן, לפי הגדרת ארהניוס לחומצות אפשר להגדיר את החומר HBr(g) כחומצה. התמיסה שהתקבלה היא תמיסה חומצית כי יש בה עודף יוני הידרוניום.

נגדיר תמיסה חומצית

תמיסה חומצית היא תמיסה שיש בה עודף יוני הידרוניום H3O+(aq). בתמיסה חומצית  ריכוז יוני ההידרוניום  H3O+(aq) גדול יותר מריכוז יוני הידרוקסיד OH ‾(aq) התייחסות ליונים אלו בהמשך.

 

הדרך השנייה שבעזרתה נגדיר חומצה היא ההגדרה של ברונסטד ולאורי.
זו הגדרה שיש לזכור ולדעת על-פי דרישת תכנית הלימודים בכימיה.
הגדרה זו היא כללית מההגדרה של ארהניוס  ונכונה לא רק לתהליך המסה במים.

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)

מולקולות של החומר HCℓ(g) מוסרות יונים של +H למולקולות המים ולכן מתקבלים יוני Cℓ ‾(aq). מולקולות המים קיבלו את יוני +H והפכו ליוני הידרוניום H3O+(aq) .
את התמיסה שהתקבלה נגדיר כתמיסה חומצית כי יש בה עודף יוני הידרוניום לעומת יוני הידרוקסיד.

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 מחלקיק אחד לחלקיק אחר. בדוגמה שלנו הפרוטון עבר ממולקולות- HCℓ למולקולת המים.
כדי להבין מהו ההרכב 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 נויטרונים.
נתייחס רק לפרוטונים ולאלקטרונים:

נוכל להסיק שיון של +H מכיל רק פרוטון ללא אלקטרונים.
אם נחזור לדוגמה האחרונה, נוכל לומר שהמולקולה HCℓ מוסרת יון של +H.
היא בעצם מוסרת פרוטון, כך שסך כל הפרוטונים במולקולה קטן ב-1. לכן, במקרה זה, כשהמולקולה HCℓ שהיא ניטרלית (מספר הפרוטונים הכולל בה שווה למספר האלקטרונים הכולל)  מוסר יון של +H שהוא בעצם פרוטון, נותר ממנו חלקיק טעון במטען שלילי במקרה זה יון כלור שלילי Cℓ ‾(aq).
כפי שלמדנו כבר, זהו חלקיק שטעון במטען שלילי, מכיון שיש לו אלקטרון אחד עודף – שהיה במקור באטום המימן – לעומת מספר הפרוטונים.

HCl מסר פרוטון +H והפך ל- -Cl

יון ה-+H עובר למולקולת המים.

מה קורה למולקולת המים?

מולקולת מים היא חלקיק 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 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 שמולקולות HNO3 מסרו יוני +H למולקולות המים – ומהמולקולות HNO3 נותרו יוני NO3.

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 שמולקולות חומר המוגדר כחומצה, מוסרות יוני +H בתגובה.
לכן בתהליך המתואר המולקולות HCℓO4 ימסרו יוני +H למולקולות המים .

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

ואכן בניסוח התהליך ניתן לראות שהחומר HCℓO4(ℓ) הוכנס למים מולקולות החומר מוסרות בתגובה יוני +H למולקולות המים. בתוצרים מתקבלים בתמיסה יוני הידרוניום H3O+(aq) (מולקולות המים קיבלו את יון ה-+H/ פרוטון). מה שנותר ממולקולות החומצה זה יוני CℓO4 . התמיסה שהתקבלה היא תמיסה חומצית כי היא מכילה עודף יוני הידרוניום לעומת יוני ההידרוקסיד.

נחזור לחומצות בהמשך אבל כעת נבחן את ההגדרות לבסיס.

שוב נתחיל מההגדרה של ארהניוס שהיא העשרה:

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:
{ KOH }_{ (s) }\xrightarrow { { H }_{ 2 }O } { K }_{ (aq) }^{ + }+{ OH }_{ (aq) }^{ - }
במקרה זה ניתן לראות כי הוספת החומר KOH למים גרמה ליצירת יוני הידרוקסיד (OH ‾(aq)). לכן, לפי הגדרת אהרניוס, החומר KOH הוא בסיס כי הוספתו למים גרמה להגדלת ריכוז יוני ההידרוקסיד במים. 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