ძირითადი მასალა

კურსი: ქიმია > თემა 9

გაკვეთილი 1: მჟავები, ფუძეები და pH

არენიუსის მჟავები და ფუძეები

Google–ის საკლასო ოთახი

არენიუსის მჟავებისა და ფუძეების განსაზღვრება, არენიუსის ფუძე-მჟავური რეაქციები

საკვანძო საკითხები

არენიუსის მჟავა არის ნებისმიერი ნივთიერება, რომელიც ხსნარში ზრდის $H^{+}$ ‍ იონების კონცენტრაციას.
არენიუსის ფუძე არის ნებისმიერი ნივთიერება, რომელიც ხსნარში ზრდის ${OH}^{-}$ ‍ იონების კონცენტრაციას.

ხსნარში $H^{+}$ ‍ იონები მაშინვე შედიან რეაქციაში წყლის მოლეკულებთან და წარმოქმნიან ჰიდროქსონიუმის იონს, $H_{3} O^{+}$ ‍-ს.
ფუძე-მჟავურ, იგივე ნეიტრალიზაციის, რეაქციაში არენიუსის მჟავა და არენიუსის ფუძე ურთიერთქმედებენ და წარმოქმნიან წყალსა და მარილს.

შესავალი

თქვენს სამზარეულოში არსებული ძმრიდან დაწყებული, აბაზანაში არსებული საპნით დამთავრებული, ფუძეები და მჟავები ყველგან გვხვდება! მაგრამ რას ნიშნავს, როდესაც რაიმეზე ვამბობთ, რომ იგი მჟავა ან ფუძეა? იმისათვის, რომ ამ კითხვას გავცეთ პასუხი, საჭიროა, განვიხილოთ რამდენიმე თეორია, რომელიც აღწერს ფუძეებსა და მჟავებს. ამ სტატიაში ყურადღებას გავამახვილებთ არენიუსის თეორიაზე.

არენიუსის მჟავები

არენიუსის მჟავებისა და ფუძეების თეორია შვედმა ქიმიკოსმა, სვანტე არენიუსმა, წარმოადგინა 1884 წელს. მან შემოგვთავაზა ნაერთთა კლასების კლასიფიკაცია მჟავებად და ფუძეებად იმის მიხედვით, თუ რა ტიპის იონებს წარმოქმნიდნენ ისინი წყლის დამატებისას.

ციტრუსები - მაგალითად, გრეიფრუტი - შეიცავს დიდი რაოდენობით ლიმონმჟავას, გავრცელებულ ორგანულ მჟავას. ფოტოს წყარო: Wikimedia Commons, CC BY-SA 2,5

არენიუსის მჟავა არის ნებისმიერი ნივთიერება, რომელიც წყალხსნარში ზრდის

H^{+}

იონების - ანუ პროტონების - კონცენტრაციას. მაგალითად, განვიხილოთ ქლორწყალბადმჟავას,

HCl

-ს, წყალხსნარის დისოციაცია:

$H Cl (წ ყ ა ლ ხ ს .) \to H^{+} (წ ყ ა ლ ხ ს .) + {Cl}^{-} (წ ყ ა ლ ხ ს .)$ ‍

როდესაც ქლორწყალბადმჟავას,

H Cl

-ს, წყალხსნარი დისოცირდება, იგი გვაძლევს

H^{+}

და

{Cl}^{-}

იონებს. რადგანაც ამ მჟავის დამატებით

H^{+}

იონების კონცენტრაცია გაიზრდება ხსნარში, ამიტომაც იგი არენიუსის მჟავაა.

წყალბადის იონი თუ ჰიდროქსონიუმის იონი?

დავუშვათ, ჩვენ დავამზადეთ ბრომწყალბადმჟავას

HBr

, 2 M ხსნარი. ბრომწყალბადმჟავა არენიუსის მჟავაა. ნიშნავს თუ არა ეს იმას, რომ ხსნარში გვექნება 2 მოლი

H^{+}

იონი?

სინამდვილეში, არა. პრაქტიკაში, დადებითად დამუხტული პროტონები ურთიერთქმედებენ გარშემო მყოფ წყლის მოლეკულებთან, რათა წარმოქმნან ჰიდროქსონიუმის იონები,

H_{3} O^{+}

. ეს რეაქცია გამოისახება შემდეგნაირად:

$H^{+} (წ ყ ა ლ ხ ს .) + H_{2} O (თ ხ .) \to H_{3} O^{+} (წ ყ ა ლ ხ ს .)$ ‍

მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ ძალიან ხშირად ვწერთ მჟავების დისოციაციას

H^{+} (წ ყ ა ლ ხ ს .)

იონების წარმოქმნით, სინამდვილეში თავისუფალი

H^{+}

იონები არ არსებობენ წყალხსნარში. მათ ნაცვლად, ხსნარში არიან

H_{3} O^{+}

იონები, სწორედ ისინი წარმოიქმნებიან მჟავების წყალხსნარების დისოციაციისას. ქვემოთ მოყვანილი სურათზე გამოსახულია ჰიდროქსონიუმის იონის წარმოქმნა წყლისა და წყალბადის იონისაგან მოლეკულური მოდელის გამოყენებით:

როდესაც მჟავა დისოცირდება წყალში, რათა წარმოქმნას $H^{+}$ ‍ იონები, პროტონები, $H^{+}$ ‍ იონები მაშინვე რეაგირებენ წყალთან, რათა წარმოქმნან $H_{3} O^{+}$ ‍. მაშასადამე, ქიმიკოსები წყალბადის იონებისა და ჰიდრონიუმის იონების კონცენტრაციებზე სინონიმურად საუბრობენ. სურათის წყარო: UC Davis Chemwiki, CC BY-NC-SA 3,0 US

პრაქტიკაში, ქიმიკოსების უმეტესობა ურთიერთჩანაცვლებადად იყენებს

H^{+}

კონცენტრაციასა და

H_{3} O^{+}

კონცენტრაციას. როცა გვინდა, რომ ვიყოთ უფრო ზუსტები — და ნაკლებად ზარმაცები! — შეგვიძლია, დავწეროთ ჰიდრობრომული მჟავის დისოციაცია, რათა ნათლად ვანახოთ პროტონების ნაცვლად ჰიდროქსონიუმის ფორმირება:

$\begin{aligned} HBr (წ ყ ა ლ ხ ს .) + H_{2} O (თ ხ .) & \to H_{3} O^{+} (წ ყ ა ლ ხ ს .) + {Br}^{-} (წ ყ ა ლ ხ ს .) უფრო ზუსტია \\ vs. \\ HBr (წ ყ ა ლ ხ ს .) & \to H^{+} (წ ყ ა ლ ხ ს .) + {Br}^{-} (წ ყ ა ლ ხ ს .) შემოკლებულია და მარტივი დასაწერია! \end{aligned}$ ‍

ზოგადად, ნებისმიერი აღწერა მისაღებია არენიუსის მჟავის დისოციაციის საჩვენებლად.

არენიუსის ფუძეები

არენიუსის ფუძე განისაზღვრება, როგორც ნებისმიერი ნივთიერება, რომელიც წყალხსნარში ზრდის ჰიდროქსიდ იონების,

{OH}^{-}

-ის, კონცენტრაციას. არენიუსის ფუძის ერთ-ერთი მაგალითია წყალში კარგად ხსნადი ნატრიუმის ჰიდროქსიდი,

NaOH

. ნატრიუმის ჰიდროქსიდის დისოციაციის ტოლობა ასე გამოიყურება:

$Na OH (წ ყ ა ლ ხ ს .) \to {Na}^{+} (წ ყ ა ლ ხ ს .) + {OH}^{-} (წ ყ ა ლ ხ ს .)$ ‍

წყალხსნარში, ნატრიუმის ჰიდროქსიდი ბოლომდე დისოცირდება და წარმოქმნის

{OH}^{-}

და

{Na}^{+}

იონებს, შედეგად კი იზრდება ჰიდროქსიდ-იონების კონცენტრაცია. ამიტომაც,

NaOH

არენიუსის ფუძეა. არენიუსის ფუძეები მოიცავს პირველი და მეორე ჯგუფის ელემენტთა ჰიდროქსიდებს, როგორებიცაა

LiOH

და

{Ba(OH)}_{2}

უხსნადი ნაერთებიც კი, როგორიცაა

{Ca(OH)}_{2}

, ხშირად კლასიფიცირდებიან არენიუსის ფუძეებად, რადგან მათ აქვთ მცირე ნაწილი, რომელსაც წყალში გახსნა შეუძლია, და ეს ნაწილი, რომელიც ხსნარშია, დისოცირდება, რათა წარმოქმნას

{OH}^{-}

იონები.

ამის სხვანაირად დანახვის ერთ-ერთი გზაა, მივიჩნიოთ, რომ სრული ხსნადობაა არაა საჭირო იმისთვის, რომ რაღაც არენიუსის ფუძედ ჩაითვალოს! მანამ, სანამ მისი რაღაც ნაწილი ხვდება ხსნარში და ზრდის

{OH}^{-}

იონების კონცენტრაციას, შეგვიძლია ის არენიუსის ფუძედ მივიჩნიოთ.

დაიმახსოვრეთ, რომ თქვენი კლასის, სასწავლო წიგნის ან მასწავლებლის მიხედვით, შეიძლება, უჰიდროქსიდო ფუძეები ჩაითვალონ ან არ ჩაითვალონ არენიუსის ფუძეებად. ზოგიერთი სასწავლო წიგნი არენიუსის ფუძეს უფრო ვიწროდ განმარტავს: ნივთიერება, რომელიც ზრდის კონცენტრაციას

{OH}^{-}

წყლიან ხსნარებში და ასევე შეიცავს სულ მცირე ერთ ერთეულს

{OH}^{-}

ქიმიურ ფორმულაში. მაშინ, როცა ეს არ ცვლის ჯგუფი 1 და ჯგუფი 2 ჰიდროქსიდების კლასიფიკაციას, ეს შეიძლება, დამაბნეველი გახდეს ისეთ ნაერთებთან, როგორიცაა მეთილამინი,

{CH}_{3} {NH}_{2}

როცა მეთილამინი ემატება წყალს, მიმდინარეობს შემდეგი რეაქცია:

${CH}_{3} {NH}_{2} (ხ ს) + H_{2} O (l) ⇋ {CH}_{3} {NH}_{3}^{+} (ხ ს) + {OH}^{-} (ხ ს)$ ‍

ჩვენი პირველი განსაზღვრების თანახმად, მეთილამინი იქნებოდა არენიუსის ფუძე, რადგან

{OH}^{-}

იონის კონცენტრაცია ხსნარში იზრდება. მეორე განმარტებით კი, როგორღაც, ის არ ჩათვლებოდა არენიუსის ფუძედ, რადგან ქიმიური ფორმულა არ შეიცავს ჰიდროქსიდს.

ფუძე-მჟავური რეაქციები: არენიუსის მჟავა + არენიუსის ფუძე= წყალი + მარილი

როდესაც არენიუსის მჟავა ურთიერთქმედებს არენიუსის ფუძესთან, მიღებული პროდუქტებია წყალი და მარილი. ასეთი ტიპის რეაქციას ასევე ნეიტრალიზაციის რეაქციასაც უწოდებენ. მაგალითად, რა მოხდება თუკი ჩვენ ფთორწყალბადმჟავას,

HF

-ს, წყალხსნარს დავამატებთ ლითიუმის ჰიდროქსიდს,

LiOH

-ს?

თუ ჩვენ ცალ-ცალკე განვიხილავთ მჟავა ხსნარსა და ფუძე ხსნარს, ვიცით შემდეგი:

არენიუსის მჟავა ზრდის $H^{+} (ხ ს)$ ‍-ის კონცენტრაციას:

$H F (ხ ს) ⇋ H^{+} (ხ ს) + F^{-} (ხ ს)$ ‍

არენიუსის ფუძე ზრდის ${OH}^{-} (ხ ს)$ ‍-ის კონცენტრაციას:

$Li OH (ხ ს) \to {Li}^{+} (ხ ს) + {OH}^{-} (ხ ს)$ ‍

როცა მჟავა და ფუძე უერთდება ერთმანეთს ხსნარში,

H_{2} O

წარმოიქმნება წყალბადის იონებსა და ჰიდროქსიდის იონებს შორის რეაქციით, სხვა იონები კი წარმომნიან მარილს,

LiF (ხ ს)

-ს:

$H^{+} (წ ყ ა ლ ხ ს .) + {OH}^{-} (წ ყ ა ლ ხ ს .) \to H_{2} O (თ ხ .) წყლის წარმოქმნა$ ‍

${Li}^{+} (წ ყ ა ლ ხ ს .) + F^{-} (წ ყ ა ლ ხ ს .) \to LiF (წ ყ ა ლ ხ ს .) მარილის წარმოქმნა$ ‍

თუ ჩვენ დავამატებთ რეაქციებს წყლისა და მარილის ფორმირებისთვის, მივიღებთ სრულ ნეიტრალიზაციის რეაქციას ფთორწყალბადმჟავასა და ლითიუმის ჰიდროქსიდს შორის:

$H F (წ ყ ა ლ ხ ს .) + Li OH (წ ყ ა ლ ხ ს .) \to H_{2} O (თ ხ .) + LiF (წ ყ ა ლ ხ ს .)$ ‍

არენიუსის განსაზღვრებების შეზღუდვები

არენიუსის თეორია შეზღუდულია იმ კუთხით, რომ მას შეუძლია, ფუძეები და მჟავები განსაზღვროს წყალხსნარებში. იგივე რეაქციები შესაძლოა, უწყლო გარემოშიც წარიმართოს, მაგალითად, აირად ფაზაში. ამიტომაც, თანამედროვე ქიმიკოსები უპირატესობას ანიჭებენ ბრენსტედ-ლოურის თეორიას, რომელიც უფრო ფართომასშტაბიანია და ნებისმიერი ტიპის რეაქციის დროს გამოდგება. ბრენსტედ-ლოურის თეორიას უკვე ცალკე სტატიაში განვიხილავთ!

შეჯამება

არენიუსის მჟავა არის ნებისმიერი ნივთიერება, რომელიც ხსნარში ზრდის $H^{+}$ ‍ იონების კონცენტრაციას.
არენიუსის ფუძე არის ნებისმიერი ნივთიერება, რომელიც ხსნარში ზრდის ${OH}^{-}$ ‍ იონების კონცენტრაციას.
წყალხსნარში, $H^{+}$ ‍ იონები მაშინვე უკავშირდებიან წყლის მოლეკულებს და წარმოქმნიან ჰიდროქსონიუმის იონს, $H_{3} O^{+}$ ‍-ს.
ფუძე-მჟავურ, ანუ ნეიტრალიზაციის, რეაქციაში არენიუსის ფუძე და არენიუსის მჟავა ურთიერთქმედებენ და წარმოიქმნება წყალი და მარილი.

ატრიბუცია

ეს სტატია ადაპტირებულია შემდეგი სტატიიდან:

„მჟავების/ფუძეების საფუძვლები“. წყარო: UC Davis ChemWiki, CC BY-NC-SA 3,0

სტატია ვრცელდება ლიცენზიით: CC-BY-NC-SA 4,0.

დამატებითი ბიბლიოგრაფია

Zumdahl, S. S., and S. A. Zumdahl. "Atomic Structure and Periodicity." In Chemistry, 290-94. 6th ed. Boston, MA: Hougton Mifflin Company, 2003.

Kotz, J. C., P. M. Treichel, J. R. Townsend, and D. A. Treichel. „Acids and Bases: The Arrhenius Definition." In Chemistry and Chemical Reactivity, Instructor's Edition, 116. 9th ed. Stamford, CT: Cengage Learning, 2015.

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

შესვლა

დავალაგოთ:

პოსტები ჯერ არ არის.

გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.