اسید

Image result for اسید چیست"

تیز آب یا اسید (به زبان لاتین acidus به معنای ترش) ماده‌ای شیمیایی است که مشخصه‌های محلول‌های آبی آن مزهٔ ترش، توانایی تغییر رنگ تورنسل آبی به قرمز، و نیز توانایی واکنش با بازها و بعضی فلزات ویژه (همچون کلسیم) و تشکیل نمک هستند. محلول‌های آبی اسیدی دارای پی‌اچ کمتر از ۷ هستند. پی‌اچ پایین به معنای اسیدی بودن بیشتر و غلظت بالاتر یون‌های مثبت هیدروژن است. محلول‌ها یا مواد شیمیایی را که ویژگی‌های اسیدمانند داشته باشند اسیدی می‌خوانند.

خواص شیمیایی

واکنش اسیدها عموماً به شکل HA در تعادل است با H+ + A صورت بندی می‌شود، که HA نمایانگر اسید و A نشانگر باز مزدوج است. جفتهای باز مزدوج در یک پروتون تفاوت دارند و افزودن یا کاستن (پروتون زائی و پروتون زدایی) یک p می‌تواند آن‌ها را به یکدیگر تبدیل کند. باید توجه داشت که اسید می‌تواند عضو باردار و باز مزدوج می‌تواند ماده خنثی باشد که در آن صورت، شمای کلی واکنش به این قرار خواهد بود: HA+ در تعادل است با H+ + A. در انحلال تعادلی میان اسید و باز مزدوج آن وجود دارد. ثابت تعادل(K) عبارت است از غلظت تعادل مولکول‌ها یا یونهای موجود در کروشه‌ها نمایانگر غلظت اند، برای نمونه [H2O] یعنی غلظت H2O. ثابت تفکیک اسید(Ka) در مورد واکنش‌های اسید-باز استفاده می‌شود. ارزش عددی Ka برابر است با حاصل ضرب غلظت فرآورده‌ها تقسیم بر غلظت واکنش دهنده‌ها، در شرایطی که واکنش دهنده اسید(HA) است و فرآورده‌ها، باز مزدوج و H+ هستند.

 

اسید قوی تر ثابت تفکیک بالاتری نسبت به اسید ضعیف تر دارد. نسبت یون‌های هیدروژن به اسید در اسید قویتر بالاتر خواهد بود. زیرا اسید قوی تر تمایل بیشتری به از دست دادن پروتون دارد. به دلیل آنکه بازهٔ مقدارهای عددی ممکن برای Ka مرتبه‌های بزرگیِ بیشتری را در بر می‌گیرد، عموماً از pKa که ثابت مناسبتری است استفاده می‌شود، که فرمول آن عبارتست از: pKa = -log10 Ka

اسیدهای قوی تر pKa کوچکتری نسبت به اسیدهای ضعیفتر دارد. pKa محلولهای آبی در ۲۵ درجه سلسیوس به‌طور تجربی اندازه‌گیری شده و در کتاب‌ها و منابع درسی درج می‌شود.

بین اسید (HA) و آب تعادل زیر برقرار می‌شود که آب به عنوان یک باز رفتار می‌کند:

HA(aq) H۳O+(aq) + A(aq)

ثابت تفکیک اسیدی (یا ثابت تفکیک اسید) همان ثابت تعادل واکنش اسید (HA) و آب است:

اسیدهای قوی دارای مقدار بزرگی برای Ka هستند (یعنی واکنش تعادلی به سمت راست پیشروی می‌کند و اسید تقریباً به‌طور کامل به H۳O+ و A تفکیک می‌شود).

اسیدهای ضعیف دارای مقدار کوچکی برای Ka هستند (یعنی مقدار چشمگیری از HA و A و مقداری متعادلی از H۳O+ در انتهای واکنش باقی می‌ماند؛ اسید به‌طور جزئی واکنش می‌دهد). برای مثال Ka برای استیک اسید برابر ۱٫۸ x 10−۵ است. تمام اسیدهای آلی اسیدهای ضعیف هستند. نیتریک اسید، سولفوریک اسید، و پرکلریک اسید همه اسیدهای قوی هستند در حال که نیترو اسید و سولفورو اسید و هیپوکلرو اسید ضعیف هستند.

  • قدرت یک اسید را با ثابت تفکیک اسیدی (Ka) یا هم‌ارزش آن pKa می‌سنجند، (pKa= – log(Ka)).
  • pH یک محلول معیاری برای تعیین غلظت هیدرونیوم است.

اسیدهای چندپروتونی

اسیدهای چندپروتونی ترکیب‌هایی هستند که دارای بیش از یک هیدروژن اسیدی هستند و به‌طور متوالی تفکیک می‌شوند.

اسیدهای تک پروتونی تنها یک واکنش تکفکیک دارند و فقط یک ثابت تفکیک اسید دارند:

HA(aq) + H۲O(l) H۳O+(aq) + A(aq) Ka

یک اسید دوپروتونی (در این جا آن را با H۲A نشان می‌دهیم) بسته به مقدار pH می‌تواند یک یا دو واکنش تکفکیک داشته باشد. هر واکنش یک ثابت تفکیک اسید دارد، Ka1 و Ka2:

H۲A(aq) + H۲O(l) H۳O+(aq) + HA(aq) Ka1
HA(aq) + H۲O(l) H۳O+(aq) + A۲−(aq) Ka2

ثابت تفکیک اولی همواره بیشتر از دومی است، یعنی Ka1> Ka2. برای مثال سولفوریک اسید (H۲SO۴) می‌تواند یک پروتون بدهد و به آنیون بی‌سولفات (HSO۴) تبدیل شود. هنگامی که Ka1 بسیاز بزرگ باشد، در این صورت می‌تواند دومین پروتون خود را بدهد و به آنیون سولفات (SO۴۲−) تبدیل شود. (SO۴۲−) هم مقدار متوسطی دارد. مقدار بزرگ Ka1 در اولین تفکیک باعث می‌شود که سولفوریک اسید، اسیدی قوی باشد. همانند این، مقدار کوچک کربنیک اسید (H۲CO۳) می‌تواند اولین پروتون را بدهد و به آنیون بی‌کربنات (HCO۳) تبدیل شود و دومین پروتون را بدهد و به کربنات (CO۳۲−) تبدیل شود. هر دو مقدار Ka کوچک هستند اما داریم Ka1> Ka2.

یک اسید سه‌پروتونی (H۳A) می‌تواند یک یا دو یا سه پروتون بدهد و سه مقدار ثابت تفکیک برای آن وجود دارد، به‌طوری‌که Ka1> Ka2> Ka3>:

H۳A(aq) + H۲O(l) H۳O+(aq) + H۲A(aq) Ka1
H۲A(aq) + H۲O(l) H۳O+(aq) + HA۲−(aq) Ka2
HA۲−(aq) + H۲O(l) H۳O+(aq) + A۳−(aq) Ka3

یک مثال غیرآلی از اسید سه‌پروتونی فسفریک اسید (H۳PO۴) است. تمام پروتون‌ها می‌توانند از دست داده شوند و به H۲PO۴، سپس HPO۴۲−، و در آخر PO۴۳− تبدیل شود. یک مثال آلی از اسید سه‌پروتونی اسید سیتریک است، که می‌توانند تمام پروتون‌های خود را بدهد و در انتها به یون سیترات تبدیل شود.

خنثی شدن

خنثی شدن واکنش میان مقادیر برابری اسید و باز است و به تولید نمک و آب می‌انجامد. برای مثال هیدروکلریک اسید و سدیم هیدروکسید، آب و سدیم کلرید را می‌دهند:

HCl(aq) + NaOH(aq) → H۲O(l) + NaCl(aq)

اسیدهای رایج

اسیدهای قوی

اسیدهای زیر جزو اسیدهای قوی محسوب می‌شوند و به‌طور کامل در آب یونش می‌یابند و تولید یون (+H3O) می‌کنند.

اسیدهای ضعیف معدنی

اسیدهای ضعیف آلی

به‌طور کلی تمام اسیدهای آلی اسیدی ضعیف هستند. مانند: