Përkufizimet historike të acideve dhe bazave: evolucioni, karakteristikat dhe reaksionet acido-bazike

Substancat me karakteristika të veçanta me interes të madh praktik janë njohur dhe përdorur për një kohë të gjatë, dhe tani identifikohen si acid y bazëKëto janë reagentë kimikë shumë të zakonshëm, të aftë të zhvillojnë një pjesë të madhe të përbërjeve të tyre në mjedis ujor, dhe të cilat e kanë shoqëruar njerëzimin që nga përpjekjet e para për të klasifikuar substancat sipas shijes, pamjes dhe sjelljes së tyre.

Ka disa reaksione që përfshijnë acide dhe baza, të quajtura reaksione acido-bazike, të cilat studiohen duke zbatuar parimet e bilanci kimik në zgjidhje. Në këtë lloj procesi, ekziston një substancë që luan një rol qendror: tretësNë tretësirat ujore, acidet dhe bazat shkëmbejnë protone me ujin, kështu që këto reaksione njihen edhe si reaksionet e shkëmbimit të protoneve o protolitik.

Shumë kohë para se të ekzistonte kimia moderne, dihej empirikisht se disa ushqime si uthulla, limoni ose fruta të caktuara kishin një shije shumë karakteristike e thartëMegjithatë, u deshën shekuj për të kuptuar shkakun e asaj shijeje. Fjala acid vjen nga latinishtja "acid", çfarë do të thotë thartë, dhe pasqyron se si kriteret shqisore — veçanërisht shija — ishin udhëzuesi i parë për klasifikimin e këtyre substancave.

Çfarë janë acidet?

Nga perspektiva e kimisë moderne ujore, një acid përkufizohet si çdo përbërje kimike i cili, kur tretet në ujë, prodhon një tretësirë ​​me një aktiviteti i kationit të hidroniumit (H₃O⁺) më i lartë se ai i ujit të pastër. Për sa i përket shkallës së pH-it, kjo do të thotë që tretësira acidike ka një pH më pak se 7.

Çdo substancë kimike që manifeston vetitë karakteristike të një acidi (aftësia për të dhuruar protone, për të reaguar me baza, për të modifikuar treguesit, etj.) quhet substancë acidikeKuptimi aktual i acideve është rafinuar me kalimin e kohës përmes modeleve të ndryshme teorike, por ideja qendrore se ato janë substanca që gjenerojnë ose kontribuojnë në "aciditet" në një mjedis mbetet e njëjtë.

Karakteristikat e acideve

Ndër vetitë dhe karakteristikat më të rëndësishme të acideve janë këto që përfshijnë aspekte shqisore, kimike dhe teknologjike:

• Ato zotërojnë cilësinë e reagojnë me substanca të quajtura bazaduke shkaktuar procese neutralizimi në të cilat ato formohen kripëra dhe ujëKjo është një nga marrëdhëniet më të vjetra të vërejtura në kimi.
• Shumë acide janë jashtëzakonisht gërryesveçanërisht acidet minerale të përqendruara (siç janë acidi klorhidrik, nitrik ose sulfurik). Kjo korrozivitet është për shkak të aftësisë së tyre të lartë për të reaguar me metale, inde organike dhe materiale të tjera të shumta.
• Ata punojnë shkëlqyeshëm përçuesve elektrikë në mjedise ujore, meqenëse në tretësirë ​​ato disociohen në jone që lejojnë transportin e ngarkesës elektrike përmes lëngut.
• Në shumë raste, një shije të veçantë të thartë ose të thartëNjë shembull klasik janë ushqimet që përmbajnë acid citriksiç janë portokajtë, limonët, grejpfrutët ose limonët, si dhe acidi acetik në uthull. Ky kriter ndijor ishte një nga mënyrat e para për të identifikuar substancat acidike.
• Ata mund të reagojnë me oksidet e metaleve për të formuar kripë dhe ujë, një sjellje e ngjashme me atë që ato shfaqin ndaj bazave, gjë që tregon aftësinë e tyre për të transformuar komponimet e ngurta jonike dhe kovalente në specie të tretshme.
• Në disa raste ato mund të jenë i dëmshëm për shëndetin dhe prodhojnë djegie të lëkurës dhe dëmtim serioz i indeve. Kontakti i zgjatur ose ekspozimi ndaj përqendrimeve të larta kërkon pajisje mbrojtëse të përshtatshme.
• Ata zotërojnë aftësinë për të gjenerojnë kripë dhe hidrogjen molekular (H₂) kur reagoni me disa metale aktive (si zinku, magnezi ose hekuri), një proces i shoqëruar me eferveshencë dhe çlirim gazi.
• Ato kanë cilësi që ndikojnë fuqishëm në treguesit acido-bazikësiç është fenolftaleina ose letra e lakmusit. Një acid mund ta çngjyrosë fenolftaleinën (duke e bërë atë pa ngjyrë) dhe është i aftë të bëjë letër lakmusi ndryshim nga blu në të kuqe ose tone portokalli deri në të kuqërremta, varësisht nga treguesi i përdorur.

Këto karakteristika plotësohen nga të tjera që kuptohen më mirë sot falë teorisë kimike: disa acide konsiderohen acide të forta sepse ato disociohen pothuajse plotësisht në ujë (si acidi klorhidrik), ndërsa të tjerat janë acide të dobëtasepse ato jonizohen vetëm pjesërisht (si acidi acetik). Kjo shkallë e disociimit përcakton intensitetin e sjelljes së tyre acidike dhe është çelësi për parashikimin e rezultatit të reaksioneve të tyre.

Historikisht, substanca të tilla si shpirti i uthullës (acid acetik), shpirt kripe (acid klorhidrik), shpirti i nitro-s (acid nitrik) dhe shpirt sarkazmi (acidi sulfurik) u bë mjet thelbësor për alkimistët dhe protokimistët. Fuqia e tij e jashtëzakonshme për të tretur materiale, duke përfshirë metalet fisnike, përmes përzierjeve të tilla si Ujë mbretëror, i bëri ato substanca shumë të vlefshme dhe simbolike në praktikën kimike të epokave të kaluara.

Cilat janë bazat?

Bazat njihen edhe si alkalet, një term që vjen nga arabishtja "al-qaly", lidhur me hiri i bimëve që përdoreshin për të bërë sapun dhe qelq. Të gjitha këto quhen baza. substanca që kanë veti alkalineDomethënë, ato janë të afta të reagojnë me acide për të gjeneruar kripëra, dhe në tretësirë ​​ujore ato prodhojnë ose rrisin përqendrimin e jonet hidroksil (OH)^-) ose të specieve që sillen si të tilla.

Ndër bazat më të zakonshme janë hidrokside (për shembull, NaOH dhe KOH), të cilat janë përdorur dhe përdoren gjerësisht në laboratorë dhe industri. Në gjuhën kimike aktuale, një bazë mund të përkufizohet në disa mënyra plotësuese në varësi të modelit teorik: si një substancë që pranon protone (modeli Brønsted-Lowry) ose si një specie që dhuron çifte elektronesh (Modeli Lewis). Megjithatë, në fushën e tretësirave ujore, mbetet e dobishme t'i përshkruajmë ato si komponime që gjenerojnë një pH më i madh se 7 kur tretet në ujë.

Karakteristikat e bazave

Robert Boyle dhe kimistë të tjerë pionierë identifikuan disa veti themelore që lejojnë që bazat të njihen dhe klasifikohen. Ndër më të rëndësishmet janë:

• Ato zakonisht paraqesin një karakter sapunoz ose i rrëshqitshëmveçanërisht kur kemi të bëjmë me baza të forta në tretësirë, siç është hidroksidi i natriumit ose hidroksidi i kaliumit.
• Ato karakterizohen nga e tyre shije e hidhurKjo veti historikisht është lidhur me alkalet e përftuara nga hiri, megjithëse për arsye sigurie nuk këshillohet të testohen substanca bazike të përqendruara.
• Ata kanë aftësia për të reaguar me acide, duke prodhuar kripëra dhe ujë në reaksionet e neutralizimit, të cilat janë një nga shtyllat e studimit të kimisë acido-bazike.
• Ata mund ta bëjnë letër lakmusi ndryshim nga e kuqe në bludhe ndikojnë në shumë tregues siç është fenolftaleina, e cila fiton një ngjyrë rozë intensive në një mjedis bazik.
• Shumë hidrokside janë i tretshëm në ujëveçanërisht ato të metaleve alkaline dhe alkaline-tokësore, gjë që lehtëson përdorimin e tyre në proceset industriale dhe laboratorike. Këto tretësira ujore janë, në përgjithësi, të mira përçuesit e energjisë elektrike për shkak të pranisë së joneve.
• Shumica dërrmuese e këtyre substancave janë i dëmshëm për lëkurën e njeriutsepse ato dëmtojnë indet duke saponifikuar yndyrnat dhe duke shkatërruar proteinat. Bazat e forta si soda kaustike ose kaustika mund të shkaktojnë djegie shumë serioze.

Ndër bazat më të vjetra të njohura janë Sosa (karbonat natriumi) dhe potas (karbonat kaliumi), i përftuar nga ekstraktet ujore të hirit. Këto plotësohen nga format natyrale të tokat alkalinesiç është guri gëlqeror ose shkumësi (karbonati i kalciumit). Me zhvillimin e kimisë, u përfshinë edhe komponime të tjera, siç janë amoniak, fillimisht konsiderohej një alkali i paqëndrueshëm, i cili përftohej nga dekompozimi i substancave organike si ureja.

Edhe pse Boyle dhe kimistë të tjerë të mëdhenj u përpoqën në disa raste të shpjegonin pse acidet dhe bazat silleshin në atë mënyrë, përkufizimet e para teorike të pranuara plotësisht morën shumë kohë për t'u konsoliduar. Për pjesën më të madhe të historisë, acidet dhe bazat u përcaktuan në një mënyrë që... qarkoreKjo do të thotë, bazuar në mënyrën se si ato reagonin me njëra-tjetrën: një substancë ishte acidike nëse reagonte me një bazë të njohur, dhe bazike nëse reagonte fort me një acid të njohur.

Reaksionet acid-bazike

Reaksionet acid-bazë, të njohura edhe si reagimet e neutralizimitKëto janë procese kimike në të cilat një acid dhe një bazë reagojnë për të prodhuar, si produkte kryesore, kripë dhe ujëTermi "kripë" përdoret për të përshkruar çdo përbërës me karakter jonik kationi i të cilit vjen nga një bazë dhe anioni i të cilit vjen nga një acid.

Në kontekstin e kimisë ujore, këto reaksione kuptohen si kombinime të joneve H⁺ (ose H)₃O⁺) nga acidi me jonet OH^- që vjen nga baza për të formuar molekulat e ujitMë gjerësisht, në modele të tilla si modeli Brønsted-Lowry, ato përshkruhen si procese të transferimi i protonit midis një dhuruesi (acidi) dhe një marrësit (baza).

L reagimet e neutralizimit Në shumicën e rasteve, ato janë ekzotermikDomethënë, ato çlirojnë energji në formën e nxehtësisë. Prandaj, kur tretësira të përqendruara të acideve dhe bazave përzihen, vërehet një rritje e ndjeshme e temperaturës. Kjo quhet "neutralizim" sepse, kur acidi dhe baza kombinohen në përmasa të përshtatshme, ato reagojnë. Ato anulojnë njëra-tjetrën vetitë e tyre karakteristike.duke prodhuar një tretësirë ​​në të cilën pH është afër neutralit, varësisht nga forca relative e reagentëve.

Historikisht, “antagonizmi” midis acideve dhe bazave është interpretuar pothuajse si një luftë midis substancave kundërshtare. Protokimistët vunë re se kur një “shpirt acid” vihej në kontakt me një alkali, prodhohej një reaksion. reagim i trazuarReaksioni ishte shpesh i dhunshëm, duke gjeneruar nxehtësi dhe madje edhe gazra si dioksidi i karbonit kur alkali ishte karbonat. Këto fenomene të habitshme ndihmuan në forcimin e idesë se acidet dhe bazat i përkisnin kategorive qartësisht të dallueshme dhe të kundërta.

Praktika e reagimit acid-bazë

Për të ilustruar një reaksion neutralizimi, mund të kryhet një eksperiment klasik laboratorik duke përdorur një titrimi acid-bazëNjë procedurë tipike përfshin përdorimin e një balone Erlenmeyer me një tretësirë ​​acidi klorhidrik (HCl) me përqendrim të njohur ose që do të përcaktohet, në të cilin disa pika të një tregues acid-bazë, siç është fenolftaleina.

La fenolftaleinë Është pa ngjyrë në një mjedis acid ose pak neutral, por fiton një ngjyrë rozë intensive në një medium bazëKështu, ndryshimi i ngjyrës së tij shërben si një sinjal vizual për të zbuluar pikën në të cilën tretësira ka kaluar nga një tepricë acidi në një tepricë të lehtë baze.

Paralelisht, përgatitet një buretë me një tretësirë ​​të hidroksid natriumi (NaOH)i cili vepron si titrant. Rubineti i buretës hapet me kujdes dhe ngadalë, duke lejuar që tretësira e NaOH të pikojë pikë pas pike mbi acidin që përmbahet në balonin Erlenmeyer.

Ndërsa baza bie dhe baloni tundet lehtë, jonet OH^- baza reagon me jonet H⁺ (ose H)₃O⁺) të acidit klorhidrik, duke formuar ujë dhe klorur natriumi (NaCl)Ky proces shkakton aciditeti zvogëlohet në mënyrë progresive dhe se Rritja e pH-itTemperatura e tretësirës mund të rritet pak për shkak të natyrës ekzotermike të reagimit.

Vjen një pikë ku sasia e bazës së shtuar është pikërisht sasia e nevojshme për të neutralizon të gjithë acidin e pranishëmNë atë pikë, i njohur si pikë ekuivalencePika tjetër e bazës së shtuar gjeneron një tepricë të lehtë të OH-së.^- në tretësirë, duke bërë që treguesi të ndryshojë ngjyrë dhe të kthehet në rozë. Ky ndryshim ngjyre është një shenjë eksperimentale se është arritur ekuilibri i dëshiruar acido-bazik.

Nga një pikëpamje sasiore, neutralizuesit e acidit dhe bazës prodhohen në përmasa ekuivalent-ekuivalentKjo do të thotë që një ekuivalent i acidit do të neutralizohet plotësisht nga një ekuivalenti bazë, pavarësisht nga natyra specifike e secilës substancë, me kusht që aftësia e saj për të dhuruar ose pranuar protone të jetë e njohur.

La masë ekuivalente me një gram Përcaktohet në bazë të llojit të substancës dhe reaksionit të përfshirë. Llogaritja e ekuivalentit gram të një kripe nuk është e njëjtë me llogaritjen e atij të një acidi, dhe nuk është e njëjtë për të gjitha reaksionet e mundshme, pasi numri i protoneve të transferuara ose i grupeve funksionale të përfshira mund të ndryshojë. Prandaj, llogaritjet ekuivalente Ato duhet të përshtaten me kontekstin specifik të reagimit.

Në rastin e acideve, masa molare të ndarë midis numri i hidrogjeneve të shkëputshëm Kjo rezulton në masën e një gram ekuivalenti të atij acidi. Për bazat e tipit hidroksid, gram ekuivalenti zakonisht merret duke pjesëtuar masën molare me numrin e Grupet OH^- i pranishëm në formulë.

Vëllimi i tretësirave të përfshira në një titrim lidhet me formulën: N_a V_a = N_b V_b, ku N_a dhe V._a janë gjendje normale dhe vëllimi i acidit, dhe N_b dhe V._b Këto janë normaliteti dhe vëllimi i bazës. Kjo shprehje na lejon të llogarisim sasinë e një tretësire me përqendrim të njohur të nevojshme për të neutralizuar plotësisht një tretësirë ​​tjetër, përqendrimin e së cilës dëshirojmë ta përcaktojmë.

Për të llogaritur gjendje normale Për një tretësirë ​​acidike në rastin e acideve monoprotike (të cilat dhurojnë një proton të vetëm), mund të përdoret marrëdhënia e thjeshtuar: normaliteti = molaritetiNë acidet poliprotike ose bazat polifunksionale, është e nevojshme të merret parasysh numri i protoneve ose grupeve OH.^- i disponueshëm për molekulë.

Rëndësia e reaksionit acid-bazë

Reaksionet acido-bazike kanë një rëndësi të madhe në kimi dhe në jetën e përditshme, veçanërisht për shkak të dobisë së tyre si teknikat e analizës sasiore nëpërmjet titrimit volumetrik. Këto procese lejojnë përcaktimin e saktë të përqendrimit të substancave në tretësira, gjë që është themelore në laboratorët e analizave klinike, kontrollin e cilësisë industriale, trajtimin e ujit, industrinë ushqimore dhe shumë fusha të tjera teknologjike.

Në praktikën eksperimentale, titrat acido-bazikë zakonisht përdorin një tretësirë ​​treguese për të identifikuar vizualisht pikën pranë neutralizimit. Këta tregues ndryshojnë ngjyrën brenda një diapazoni specifik të pH-it. Zgjedhja e një treguesi të përshtatshëm përfshin njohjen e pH i pikës së ekuivalencës për çdo reagim dhe zgjidhni treguesin, diapazoni i kthesës së të cilit përputhet me atë vlerë.

Përveç metodave vizuale, aktualisht përdoren edhe metodat e mëposhtme: metodat elektrokimike për monitorimin e reaksioneve acido-bazike, siç është përdorimi i matës të pH-it dhe elektroda specifike. Këto metoda lejojnë zbulimin shumë të saktë të pikës ku ndodh neutralizimi, duke përfaqësuar grafikisht ndryshimin e pH-it kundrejt vëllimit të titrantit të shtuar.

Ekuilibrat acido-bazikë janë gjithashtu thelbësorë për të kuptuar proceset biologjike dhe mjedisore: nga mirëmbajtja e pH-it të gjakut përmes sistemeve tampon deri te sjellja e lëndëve ushqyese dhe ndotësve në tokë dhe ujëKimia e acideve dhe bazave zbatohet drejtpërdrejt në projektimin e plehrat, në kontrollin e aciditeti i oqeanit, dhe në formulimin e produkteve shtëpiake si detergjentë, heqës të gurëve, heqës të gurëve të gëlqeres dhe antacide.

Historikisht, studimi i neutralizimeve i ndihmoi kimistët të kuptonin se reaksionet ndodhën në përmasa fikse të masëstë cilat kontribuan në zhvillimin e ligjeve themelore siç janë ligji i përmasave të caktuaraPërdorimi i treguesve të bimëve, siç janë shurup vjollce Kjo lejoi thyerjen e rrethësisë në përkufizimin e acideve dhe bazave, pasi siguroi një referencë të pavarur për klasifikimin e substancave sipas sjelljes së tyre.

Llojet e reaksioneve acido-bazike sipas fuqisë së reaktantëve

Reaksionet e neutralizimit mund të klasifikohen sipas Fortësia relative e acidit dhe bazës që marrin pjesë. Ky klasifikim është i dobishëm për parashikimin e pH-it të tretësirës që rezulton dhe zgjedhjen e treguesit më të përshtatshëm në një titrim.

Reaksioni i një acidi dhe baze të dobët

Në një reagim midis një acid i dobët dhe a bazë e dobëtAs acidi nuk disociohet plotësisht për të dhuruar të gjitha protonet e tij, as baza nuk jonizohet plotësisht për të pranuar protone. Në këtë lloj sistemi, kation bazë dhe anion acid Ata mund të vuajnë hidrolizëDomethënë, të reagojë pjesërisht me ujin, duke modifikuar ekuilibrin e joneve H+⁺ dhe OH^-.

Si rezultat, pH i tretësirës përfundimtare do të varet nga konstante aciditeti (K_a) e acidit dhe konstante bazike (K_b) të bazës. Nëse acidi është më i dobët se baza, efekti i përgjithshëm i hidrolizës zakonisht prodhon një pH më i madh se 7Anasjelltas, nëse baza është më e dobët se acidi, pH tenton drejt vlerave më të ulëta. më pak se 7Këto raste të ndërmjetme kërkojnë një analizë të hollësishme të balancave të përfshira.

Reagimi midis një baze të fortë dhe një acidi të dobët

Kur një themel i fortë reagon me një acid i dobëtBaza shkëputet pothuajse plotësisht dhe dominon sjelljen e ekuilibrit. Në këto kushte, kryesisht anioni i acidit të dobët Ai i nënshtrohet hidrolizës, duke gjeneruar specie që konsumojnë protone nga mediumi dhe rrisin pH-in.

Në këtë lloj reagimi, pH i tretësirës që rezulton Zakonisht vendoset në vlera më i madh se 7Kjo ndodh sepse karakteri bazik mbizotëron për shkak të tepricës ose efektit relativ të bazës së fortë. Prandaj, treguesi i zgjedhur për një titrim të një acidi të dobët me një bazë të fortë duhet të ndryshojë ngjyrë në diapazonin bazik të pH-it.

Reagimi midis një baze të dobët dhe një acidi të fortë

Në reagimin midis një acid i fortë dhe a bazë e dobëtSituata është e kundërta. Acidi disocion pothuajse plotësisht dhe çliron një numër të madh protonesh në mjedis, ndërsa baza jonizohet vetëm pjesërisht. Në këtë mjedis, kation nga baza e dobët Mund t’i nënshtrohet hidrolizës, duke çliruar protone ose duke stabilizuar specie që mbajnë një mjedis më acid.

Si rezultat, pH i tretësirës përfundimtare Zakonisht është rreth vlerave më pak se 7me një dominim të qartë të karakterit acid. Për titrat e këtij lloji, zgjidhen tregues, diapazoni i tranzicionit të të cilëve është në zonën acidike të shkallës së pH-it.

Për të zgjedhur treguesin optimal në secilin rast, është thelbësore të vlerësohet pH i pikës së ekuivalencës dhe krahasojeni atë me zonën e tranzicionit të treguesit. Kjo siguron që ndryshimi i ngjyrës të përkojë me neutralizimin aktual, duke rezultuar në lexime analitike më të sakta.

Përkufizimet historike të reaksionit acid-bazë

Gjatë gjithë historisë së kimisë, shumë shkencëtarë kanë propozuar përkufizimet e acideve dhe bazave për të shpjeguar sjelljen e tyre. Çdo përkufizim lindi në një kontekst të veçantë të zhvillimit shkencor, teknik dhe konceptual, dhe rëndësia e tij matet nga aftësia e tij për të përshkruar dhe parashikuar reaksionet, veçanërisht reaksionet e neutralizimit, si në sistemet e lëngëta ashtu edhe në ato të gazta.

Në fazat e hershme të kimisë, shpjegimet e bazuara në esencat ose “parime” të paprekshme të aciditetit, bazicitetit dhe kripësisë, të frymëzuara nga idetë aristoteliane. Besohej se materia nuk kishte veti të brendshme, por përkundrazi këto veti ishin për shkak të parimeve abstrakte që kombinoheshin me ose ndanin substancat. Këto parime nuk mund të izoloheshin, duke çuar në përkufizimet e acideve dhe alkaleve. pothuajse rrethoreNjë substancë ishte acidike nëse reagonte me një bazë dhe anasjelltas, pa një referencë të pavarur për të ndërprerë atë cikël.

Me përparimin e eksperimentimit, futja e treguesit e bimëve Puna e Boyle dhe të tjerëve lejoi përdorimin e ndryshimeve të ngjyrës si një kriter i jashtëm, i pavarur nga substancat që klasifikoheshin. Ky ndryshim metodologjik përfaqësonte një hap vendimtar drejt përkufizimeve më operacionale të aciditetit dhe bazicitetit, duke hapur rrugën për modelet sasiore dhe strukturore që do të formuloheshin më vonë.

Përkufizimi i Antoine Lavoisier

Antoine Lavoisier punoi në një epokë kur njohuritë rreth acideve ishin përqendruar kryesisht në acide të forta inorganikedhe veçanërisht në oksoacidetë cilat kanë një atom qendror në një gjendje të lartë oksidimi të rrethuar nga atome oksigjeni. Eksperimenti i tij mbështetej në acide të tilla si sulfurik, nitrik ose fosforik, shumë më tepër sesa në acidet hidracidike, të cilat nuk përmbajnë oksigjen.

Bazuar në vëzhgimet e tij, Lavoisier propozoi që oksigjen ishte ai"formues acidi"par excellence". Për këtë, ai u frymëzua nga greqishtja klasike, duke e përfshirë këtë ide në vetë etimologjinë e fjalës kimike për oksigjenin. Sipas teorisë së tij, aciditet Kjo u shpjegua nga prania e oksigjenit në molekulë, dhe forca e një acidi shoqërohej me përqindjen e këtij elementi në përbërjen e tij.

Ky koncept pati një ndikim të madh për dekada të tëra, sepse lejoi që sjellja e shumë oksoacideve të njohura të unifikohej nën një kriter të vetëm. Megjithatë, ekzistenca e acideve pa oksigjen, si p.sh. acid klorhidrikTeoria e përbërjeve të oksigjenit që nuk ishin acide zbuloi kontradikta që gradualisht u bënë të pakapërcyeshme. Teoria mbeti me ndikim për gati [një periudhë kohore]. Vjet 30derisa veprat dhe artikujt të botohen rreth 1810 Ata treguan mospërputhje që çuan në rimendimin e tyre.

Përkufizimi i Liebig

Më vonë, kimisti Justus von Liebig, i përfshirë thellësisht në studimin e kimi organike Dhe në përbërjen e acideve organike, ai propozoi një përkufizim që kapërceu disa kufizime të modelit të përqendruar në oksigjen. Liebig konsideroi se një acid ishte një substancë që përmbante hidrogjen dhe se ky hidrogjen mund të jetë zëvendësuar nga një metal përmes reagimit të duhur.

Ky formulim, bazuar në kritere empirik Dhe në analizën krahasuese të shumë substancave, ai u përqendrua në aftësia për të formuar kripëraHidrogjeni që u zëvendësua nga një metal u pa si një komponent përcaktues i aciditetit. Pavarësisht thjeshtësisë së tij konceptuale, përkufizimi i Liebig ishte jashtëzakonisht i dobishëm dhe mbeti i vlefshëm për një periudhë të gjatë, duke siguruar një urë lidhëse midis sjelljes acidike dhe... struktura e komponimeve.

Ky vizion u tregua veçanërisht i fuqishëm në një kohë kur teoritë rreth Valencia dhe struktura molekulareduke ndihmuar në lidhjen e aciditetit me pozicione specifike të hidrogjenit në molekulë, përgjegjëse për reaktivitetin e saj dhe sintezën e komponimeve të reja.

Përkufizimi i Arrhenius

Me rritjen e teorisë së disociim elektrolitik Nga studimet e tij mbi përçueshmërinë elektrike në tretësira, Svante Arrhenius propozoi një përkufizim të acideve dhe bazave që modernizoi dhe thjeshtoi shumë koncepte të mëparshme, duke u përqendruar në jonet i pranishëm në tretësira ujore.

Sipas përkufizimit të Arrhenius-it, një acid Është një substancë që, kur tretet në ujë, rrit përqendrimin e joneve të hidrogjenit (H⁺), ndërsa një bazë Është një substancë që, në të njëjtat kushte, rrit përqendrimin e joneve hidroksil (OH)^-)Reaksioni acid-bazë u interpretua më pas si kombinimi i H⁺ dhe OH^- për të formuar ujë, nga disociimi i acideve dhe bazave në tretësirë ​​ujore.

Ky përkufizim prezantoi një interpretim të qartë të arsyes pse tretësirat acide dhe bazike përçojnë energji elektrike: prania e joneve të lira shpjegonte rrymat e vëzhguara eksperimentalisht. Për më tepër, ai lejonte një lidhje midis forca e një acidi ose baze me shkallën e disociimit të tij në ujë, duke ofruar një bazë sasiore për krahasimin e përbërjeve.

Megjithatë, kuadri Arrhenius ka kufizime të konsiderueshme. Midis tyre është se është i kufizuar në mjedis ujor dhe kërkon praninë e qartë të H⁺ dhe OH^-Kjo e bën të vështirë zbatimin e përkufizimit të tij në reaksione në tretës të tjerë përveç ujit ose procese acido-bazike që nuk përfshijnë drejtpërdrejt këto jone, të cilat motivuan zhvillimin e modeleve më të përgjithshme.

Përkufizimi i Brønsted-Lowry

Modeli Brønsted-Lowry përfaqësoi një hap cilësor në kuptimin e reaksioneve acido-bazike duke u përqendruar në transferimi i protonitVeçmas, disa kimistë arritën në përfundime të ngjashme: në këtë qasje, një acid Është një substancë e aftë të dhurojnë protone (H⁺), ndërsa një bazë është ajo që është e aftë të pranojini ato.

Reaksioni acid-bazë përshkruhet si një proces në të cilin një acid heq dorë nga një proton për t'u bërë homologu i tij. bazë konjugat, ndërsa baza e pranon atë proton dhe transformohet në të acid konjugatPër shembull, kur acidi klorhidrik i dhuron një proton ujit, formohet baza konjugat Cl₂.^- dhe joni hidronium H₃O⁺i cili nga ana tjetër vepron si acidi konjugat i ujit bazë.

Kjo qasje ofron disa përparësi krahasuar me përkufizimin e Arrhenius-it. Së pari, nuk kufizohet vetëm në mjediset ujore, por mund të zbatohet edhe në tretës të tjerë dhe madje edhe te reaksione në fazën e gazitSë dyti, na lejon të përshkruajmë reaksionet acido-bazike në të cilat nuk formohet domosdoshmërisht uji dhe në të cilat protonet kalojnë direkt nga një specie në tjetrën.

Përkufizimi i Brønsted-Lowry prezanton një ndryshim të rëndësishëm konceptual duke marrë parasysh se aciditeti dhe baziciteti janë vetitë relativevaret nga ekuilibri midis një acidi dhe baze specifike dhe specieve të tyre të konjuguara. Kështu, mund të flitet për seri force të acideve dhe bazave, dhe të ekuilibrave në të cilët pozicioni varet nga afinitetet relative për protonin.

Përkufizimi i Lewis

Gilbert N. Lewis formuloi një nga përkufizimet më të përgjithshme të acideve dhe bazave, bazuar në sjelljen e elektronet në reaksionet kimike. Në modelin e tyre, një Baza e Lewis-it Është një specie e aftë për të dhuroni një çift elektroneshndërsa a acid Lewis Është një specie e aftë për të pranojmë që çifti i elektroneve.

Ky formulim nuk kërkon praninë e protoneve ose tretësve specifikë. Jonet metalike me orbitale boshePër shembull, ato mund të veprojnë si acide Lewis, ndërsa molekulat me çifte të vetmuara elektronesh (si amoniaku, uji ose halogjenuret) veprojnë si baza Lewis. Kur ndodh reaksioni, një lidhje kovalente koordinative duke ndarë çiftin e elektroneve të dhuruara nga baza.

Kjo perspektivë e zgjeron shumë fushën e kimisë acido-bazike, duke përfshirë reaksione koordinimiProceset në sistemet jo-ujore dhe shumë transformime organike dhe inorganike nuk përshtaten mirë në modelet Arrhenius ose Brønsted-Lowry. Nga perspektiva e Lewis, formimi i njohur i ujit mund të kuptohet si kombinimi i një acid Lewis (protoni) me një Baza e Lewis-it (çifti elektronik i oksigjenit në molekulën e ujit).

Teoria e Lewis integron dhe përgjithëson shumë aspekte të teorisë Brønsted-Lowry dhe konceptit të sistemi tretës, duke ofruar një gjuhë të përbashkët për të përshkruar reaksionet në të cilat shkëmbehen elektrone në vend të protoneve, dhe të cilat nuk përfshijnë domosdoshmërisht formimin e kripërave klasike.

Përkufizimi i Pearsonit (acid-bazë e fortë-e butë)

Teoria e acide dhe baza të forta dhe të buta (ABDB) u propozua për të shpjeguar dhe parashikuar më mirë trendet në reagime metatezë dhe proceset e koordinimit, veçanërisht në kiminë inorganike. Ralph Pearson propozoi klasifikimin e acideve dhe bazave sipas "fortësisë" ose "butësisë" së tyre, koncepte që lidhen me veti të tilla si madhësia e specievee tij gjendja e oksidimit dhe polarizueshmëria.

Në këtë kontekst, konsiderohet ""i butë"për specie relativisht të mëdha, me gjendje të ulëta oksidimi y shumë i polarizueshëm. Janë "e ashpër"specie të vogla, me gjendje të larta oksidimi dhe polarizueshmëri e ulët. Rregulli themelor empirik i kësaj teorie thotë se Acidet e forta kanë tendencë të shoqërohen në mënyrë preferenciale me bazat e forta, ndërsa acide të buta tregojnë afinitet për baza të buta.

Kjo qasje është shumë e dobishme në kimia e koordinimit, në projektimin e katalizatorë dhe në parashikimin e produkteve në reaksione ku kombinime të shumëfishta janë të mundshme. Për shembull, na lejon të parashikojmë se cilët ligandë do të lidhen më fort me një kation të caktuar metali, ose cilat kombinime do të jenë më të qëndrueshme në kontekstin e proceseve industriale ose mjedisore.

Edhe pse mbështetet kryesisht në konsiderata cilësoreTeoria e Pearson ofron një kornizë shumë të vlefshme për interpretimin e trendeve në reaktivitet, selektiviteti y stabiliteti i komplekseveËshtë zgjeruar gjithashtu në vlerësimin e sjelljes së materialeve energjike dhe shpërthyese, në të cilat bashkëveprimet acid-bazë të forta-të buta mund të ndikojnë në ndjeshmërinë dhe performancën e tyre.

Përkufizimi i Usanovich

Mikhail Usanovich propozoi një përkufizim jashtëzakonisht të përgjithshëm të acideve dhe bazave, që përfshinte një gamë shumë të gjerë reaksionesh kimike. Në konceptin e tij, një acid a është çdo substancë e aftë të pranoni specie negative (siç janë anionet ose elektronet) ose të dhuroni specie pozitive (si katione), ndërsa një bazë Është çdo substancë që bën të kundërtën: pranon specie pozitive o dhuroni specie negative.

Ky formulim është aq i gjerë saqë përfshin jo vetëm reaksionet tradicionale acido-bazike, por edhe shumë procese të oksidim-reduktim (redoks)Në praktikë, reaksioni acid-bazë në kuptimin e Usanovich-it mbivendoset me reaksionin redoks, duke e bërë kufirin midis të dyjave shumë të paqartë. Kjo mungesë e një dallimi të qartë është një nga arsyet pse përkufizimi i tij nuk është pranuar gjerësisht në arsimin bazë, edhe pse ka vlerë të konsiderueshme konceptuale.

Ndërsa shumë teori acido-bazike përqendrohen në formimi dhe prishja e lidhjeve kovalente ose koordinative, përkufizimi i Usanovich-it, si disa qasje redoks, thekson transferimi fizik i ngarkesave (jone ose elektrone). Kjo perspektivë është e dobishme në fusha të caktuara të kimisë teorike, por më pak praktike kur kërkohet një klasifikim i thjeshtë operacional për përdorim të përgjithshëm.

Përkufizimi i Luks-Përmbytjes

Në kontekste specifike, siç është gjeokimi dhe elektrokimia e kripërave të shkriraPërkufizimi Lux-Flood përdoret për të përshkruar sjelljen acido-bazike në mungesë të ujit dhe protoneve të lira. Kjo teori u propozua nga Hermann Lux dhe më vonë u zhvillua dhe u popullarizua nga Håkon Flood, duke rezultuar në një model me rëndësi të veçantë në sistemet jonike në temperatura të larta.

Sipas këtij përkufizimi, një bazë është një donator i anioneve të oksidit (O^2-)ndërsa a acid është një pranues i anioneve të oksiditNë reaksionet e studiuara sipas kësaj qasje, shkëmbimi i anioneve të oksidit midis specieve jonike është çelësi për të kuptuar drejtimin e proceseve dhe stabilitetin e fazave të pranishme.

Përkufizimi i Lux-Flood është veçanërisht i dobishëm për interpretimin e reaksioneve në shkrirjet e oksiditnë formimi i mineraleve brenda kores së Tokës dhe në përpunimi i metaleve nëpërmjet elektrolizës në kripërat e shkrira. Edhe pse mund të duket shumë e specializuar, ajo nxjerr në pah se si koncepti i aciditetit dhe bazicitetit mund të përshtatet në mjedise ku roli i ujit është i parëndësishëm ose inekzistent.

Përkufizimi i sistemit tretës

Modeli i sistemi tretës Kjo përbën një përgjithësim të përkufizimit të Arrhenius-it për mjedise të tjera përveç ujit. Kjo qasje supozon se shumë tretës përmbajnë specie kationet e solvoniumit y anionet e solvoniumit, në ekuilibër me molekulat neutrale të vetë tretësit.

Në sistemin tretës, përkufizohet si acid në një tretësirë ​​që shkakton një rritje në përqendrimin e kationeve të solvoniumit ose ulje e anioneve të solvoniumitPërveç kësaj, një bazë Është një tretësirë ​​që shkakton një rritje e anioneve të solvoniumit ose ulje e kationeve të solvoniumitSjellja acidike ose bazike e një substance, pra, varet jo vetëm nga natyra e saj, por edhe nga tretës betoni ku ndodhet.

Ky model shpjegon pse e njëjta substancë mund të manifestohet sjellje të ndryshme Në varësi të mjedisit, ai mund të veprojë si acid në një tretës dhe si bazë në një tjetër. Për më tepër, lejon studimin e reaksioneve acid-bazë në sisteme ku uji nuk është i përfshirë, si në tretësit organikë polarë ose mjediset jonike të specializuara.

Përkufizimi i sistemit të tretësit theksoi rëndësinë e marrjes në konsideratë të mjedis kimik dhe jo vetëm struktura e brendshme e tretësirave, e cila është provuar thelbësore për zhvillimin e metodologjive të reja sintetike dhe analitike në kiminë moderne.

Është e habitshme të shohësh se si, gjatë gjithë historisë, kimistë nga epoka dhe kontekste shumë të ndryshme kanë propozuar përkufizime të ndryshme mbi të njëjtin fenomen. Larg nga të qenit kontradiktore, këto teori zakonisht janë plotësueseSecili prej tyre u përshtat në një fushë specifike aplikimi. Së bashku, ato kanë bërë të mundur ndërtimin e një vizioni shumë më të plotë se çfarë janë acidet dhe bazat, si lidhen ato me strukturën e materies dhe si qeverisin një numër të madh reaksionesh themelore në natyrë dhe në teknologjinë njerëzore.