حموضة الاحماض وقاعدية القواعد



حموضة الاحماض وقاعدية القواعد

– في هذا الموضوع سوف نتكلم عن حموضة الاحماض وقاعدية القواعد وكيف يمكن التفرقة بين الأحماض القوية والضعيفة وكذلك بين القواعد القوية والضعيفة.

أولاً/ تعريف الأحماض والقواعد

– تم تعـريف الأحماض والقـواعـد بعـدة تـعـريفـات:

(1) تعريف أرهينيوس للأحماض والقواعد

– فلقد عرف العالم أرهينيس Arrhenius الأحماض بأنها تلك المركبات التي لها قدرة على إعطاء أيون هيدروجين (بـروتـون +H) في المحلول بينها القواعد هي تلك المركبات القادرة على إعطاء أيون هيدوكسيل OH في المحلول .

– ويعتبر الكيميائيون هذا التعريف للأحماض والقواعد كافياً إذا أجرى التفاعل في وسط مائي وهو لا يتوفر لكثير من التفاعلات العضوية .



(2) تعريف برونستيد – لوري للأحماض والقواعد

– يعتبر تعريف برونستيد ـ ولورى Bronsted-Lowry للأحماض والقواعد أكثر شمولاً إذ تعرف الأحماض بالمواد القادرة على إعطاء بروتون (مثل: HNO3 , HC1) والقواعد بالمواد القادرة على ضم بروتون (مثل: OH, NH3)

(3) تعريف لويس للأحماض والقواعد

– وبـالـرغم من أن كثيراً من تفاعلات الأحماض والقواعد تخضع لانتقال أيون هيدروجين من الحمض إلى القاعدة إلا أنه وجد أن بعض أنواع هذه التفاعلات لا يحدث فيها انتقال بروتون .

– ومن هذا المنطلق فقد طور العالم لويس Lewis الأحماض والقـواعـد فقـال بأن الأحماض هي تلك المواد القادرة على ضم زوج من الإلكترونات (مثل: AlCl3 , FeCl3) بينها القواعد هي المواد التي لها قدرة على إعطاء زوج من الإلكترونات (مثل: OH, NH3)

من هذا نرى أن هذه التعريفات للأحماض والقواعد وإن اختلفت شكلاً فإنها تتفق جوهـراً في كون الأحماض مواد فقيرة إلى إلكـتـرونـات بينها القواعد مواد غنية بالإلكترونات.

حموضة الاحماض وقاعدية القواعد



ثانياً/ حموضـة الأحمـاض

– تتأين الأحماض العضوية في المحاليل المائية بانتقال بروتون منها إلى المذيب ويكون هذا التفـاعـل في حالة اتزان Equilibrium يمكن معه قياس ثابت الاتزان (Ka).

– ويسمى ثابت الاتزان (التأين) للأحماض العضوية الضعيفة بثابت الحامضية (Acidity constant (Ka .

– وتعتبر قيمة ثابت الحموضة مقياساً لقوة الحمض ويمكن حسابه بصفة عامة من المعادلة التالية:

 حموضة الاحماض وقاعدية القواعد

وكلما زادت القيمة العددية لثابت الحمض كلما دل ذلك على زيادة حموضية الحمض.

–  وتبين المعادلة التالية ، كيفية حساب ثابت الحامضية لحمض الخل:

حموضة الاحماض وقاعدية القواعد

وقد حذف تركيز الماء في مقام المعادلة الأخيرة نظرا لبقائه ثابتاً تقريباً.

– ولقد وجد من التجارب العملية أن قيمة Ka لحمض الخل تساوي 5-10 × 1.8 وتجنباً لكتابة أرقام كثيرة تشتمل أيضاً على قوة سالبة للعدد عشرة فقد وجد أنه أسهل من الناحية العملية تبسيط قيمة Ka إلى ثابت آخر يسمى pKa وتربطها العلاقة التالية:

 

 فتصبح قيمة pka لحمض الخل 4.76

ويجب ملاحظة أن حموضة الحمض في حالة استخدام pKa كمقياس للحامضية، أن الحامضية تزداد كلما صغرت قيمة pKa .

وتتأثر قيمة Ka أو pKa بنوع المذيب المستخدم وكذلك بعوامل أخرى مثل الفعل التحريضي وظاهرة الطنين.

– ويبين الجدول التالي  لثوابت الحامضية لبعض الأحماض الكربوكسيلية .

 حموضة الاحماض وقاعدية القواعد

ثالثاً/  قاعـديـة القواعـد

– يعتبر زوج الإلكترونات الحر على ذرة النيتروجين في النشادر مسؤولاً عن خواص القاعدة.

– والنشادر قاعدة ضعيفة تمتزج امتزاجاً تاماً بالماء وتتفاعل معه لتكون أيون الأمونيوم الموجب وأنيون الهيدروكسيل .

 

– وتسلك القواعد الأخرى مثل الأمينات عند تفاعلها مع الماء مسلكاً مشابهاً مع اختلاف في قاعدية المحلول وفقاً لنوع المادة المذابة.

– ومن الملاحظ أن التفاعل أعلاه تفاعل اتزان يمكن معه إيجاد ثابت الاتزان والذي يعبر عن ثابت القاعدية (Basicity constant(Kb وفقا للمعادلة التالية مع اعتبار أن تركيز الماء ثابت خلال التفاعل .

 

– ولقد وجد من التجارب العملية أن قيمة Kb للنشادر تساوي 5-10 × 2 عند درجـة  25مo

– وبصفة عامة فإن القاعدية لأي مركب تزداد كلما زادت القيمة العددية للثابت Kb .

كذلك يمكن التعبير عن القاعدية بالثابت pKb والذي يمكن حسابه من المعادلة التالية:

 

– وفي حالة استخدام الثابت pKb فإن القاعدية تزداد كلما صغرت القيمة العددية لهذا الثابت.

– والجدير بالذكر أن هناك تلازماً بين قيمة pKa ، وقيمة pKb في المحاليل المائية عند درجـة 25 مo. وعليه يمكن من معرفة أحدهما الحصول على قيمة الآخر من المعادلة:

 

– ومن الملاحظ أن المعادلة السابقة تعبر أيضاً عن قيمة الرقم الهيدروجيني pH للمحلول المائي. والذي يساوي مقلوب لوغاريتم تركيز الهيدروجين في المحلول .

– وعلى ذلك فإن المحاليل المتعادلة تكون قيمة pH فيها مساوية 7. بينما في المحاليل الحامضية تكون القيمة أقل من 7 وأكبر من 7 في المحاليل القاعدية .

– ويبين الجدول  التالي ثوابت القاعدية لبعض المركبات العضوية .

حموضة الاحماض وقاعدية القواعد

المراجع:

كتاب ميكانيكية التفاعلات العضوية ، تأليف/ د.سالم بن شويهان ، د. إبراهيم بن محمود النجار ، د. حمد بن عبدالله اللحيدان ، الرياض – جامعة الملك سعود – الطبعة الثانية 2003م

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.