خصائص الأحماض والقواعد الفصل الثالث
Download
Report
Transcript خصائص الأحماض والقواعد الفصل الثالث
الفصل 3
خصائص
األحماض والقواعد
الصف الثاني عشر العلمي
القسم )(1-3
خصائص األحماض والقواعد
خصائص األحماض والقواعد
أحماض شائعة في الغذاء :
* حمض الالكتيك في اللبن
* حمض األسيتيك في الخل .
* حمض السيتريك في الحمضيات .
* حمض الطرطريك في العنب .
* حمض الفوسفوريك في المشروبات
قواعد شائعة االستعمال :
* األمونيا في عمليات التنظيف العامة .
* هيدروكسيد الصوديوم مكون المنظفات .
* حليب الماغنيسيا مضاد للحموضة .
* هيدروكسيد األلومنيوم مضاد للحموضة .
* كربونات الصوديوم الهيدروجينية
مضاد للحموضة .
خصائص األحماض
* مذاق محاليلها المائية حامض .
* تغير ألوان الكواشف .
* بعضها يتفاعل مع الفلزات النشيطة
وينطلق غاز الهيدروجين .
* تتفاعل مع القواعد معطية ملحا ً وماء
* محاليلها المائية موصلة للكهرباء .
تسمية األحماض
تعريف الحمض الثنائي :
حمض يحتوي على عنصرين فقط هما
الهيدروجين وعنصر آخر أكثر سالبية
كهربائية .
أمثلة :
* كثير من األحماض غير العضوية
الشائعة HI , HBr , HCl , HF:
تسمية األحماض الثنائية :
-1يبدأ بالبادئة (هيدرو )
-2يتبع جذر اسم العنصر الثاني
-3ينتهي بالالحقة ( يك )
HF
هيدرو )
-1يبدأ بالبادئة (هيدرو
-2يتبع جذر اسم العنصر الثاني
فلور
-3ينتهي بالالحقة (يكيك )
الصيغة
اسم الحمض
هيدرو فلور يك
HF
HCl
HBr
هيدرو برومـ يك
HI
هيدرو يود يك
هيدرو كلور يك
تعريف الحمض األكسجيني :
حمض يتكون من الهيدروجين
واألكسجين وعنصر ثالث
الفلزي في الغالب .
الصيغة
HNO2
HNO3
اسم
الحمض
النيتروز
النيتريك
H3PO3الفوسفوروز
H3PO4الفوسفوريك
H2SO3الكبريتوز
H2SO4الكبريتيك
اسم اآلنيون
NO2نيتريت
NO3
3PO3
PO4
نيترات
فوسفيت
فوسفات
2SO3
2SO4
كبريتيت
كبريتات
الصيغة
اسم
الحمض
HClOهيبوكلوروز
HClO2
HClO3
كلوروز
كلوريك
HClO4بيركلوريك
HIO3
اليوديك
اسم اآلنيون
-
CIOهيبوكلوريت
CIO2
كلوريت
CIO3
كلورات
CIO4
بيركلورات
IO3
يودات
بعض األحماض الصناعية الشائعة
حمض الكبريتيك :
حمض النيتريك :
حمض الفوسفوريك :
حمض الهيدروكلوريك :
حمض األسيتيك :
الـقــواعـد
* مذاق محاليلها المائية مر .
* تغير محاليلها ألوان الكواشف .
* محاليلها المائية المخففة ذات ملمس
صابوني .
*تتفاعل مع األحماض وينتج ملح وماء
تختفي خصائص القاعدة عند إضافة كمية مكافئة من
الحمض .
* محاليلها المائية موصلة للكهرباء .
أحماض وقواعد أرهينيوس
حمض أرهينيوس:
مركب كيميائي يزيد من تركيز أيون
+
الهيدروجين Hفي المحلول المائي.
قاعدة أرهينيوس:
مركب كيميائي يزيد من تركيز أيون
الهيدروكسيد OHفي المحلول المائي.
المحاليل المائية لألحماض
أحماض أرهينيوس:
مركبات جزيئية تحتوي على ذرات
الهيدروجين القابلة للتأين .
تفاعل حمض النيتريك مع الماء :
HNO3 + H2O
-
+
H3O + NO3
+
ماء
H2 O
+
أيون النيترات
NO
حمض النيتريك
HNO3
+
أيون الهيدررونيوم
+
HO
تأين جزيئات كلوريد الهيدروجين في
حمض الهيدروكلوريك :
HCl + H2O
-
+
H3O + Cl
جميع األحماض القابلة للذوبان في الماء
هي إلكتروليتات .
قوة األحماض
الحمض القوي :
الحمض الذي يتأين بشكل تام في
المحلول المائي .
تعتمد قوة الحمض على :
* قطبية الرابطة بين الهيدروجين
والعنصر المرتبط به .
* طاقة الرابطة .
ماذا يحتوي محلول الحمض القوي ؟
األيونات فقط (.أيونات الهيدرونيوم
وآنيونات ).
ماذا يحتوي محلول حمض الهيدروكلوريك ؟
-
Cl
+
+
H3O
HCl + H2O
أيونات الهيدرونيوم وآنيونات
-
Cl
).
الحمض الضعيف :
الحمض الذي ينتج القليل من أيونات
الهيدروجين في المحلول المائي .
ماذا يحتوي محلول الحمض الضعيف ؟
األيونات والجزيئات ( أيونات
الهيدرونيوم وآنيونات وجزيئات ) .
ماذا يحتوي محلول حمض الهيدروسيانيك ؟
-
CN
+
+
H3O
HCN + H2O
أيونات الهيدرونيوم وآنيونات
وجزيئات HCN
-
CN
قوية/أحماض شائعة
+
HCl + H2O
HClO4 + H2O
HBr + H2O
Hl
+ H2O
H2SO4 + H2O
HClO3 + H2O
+
H3O
H3O
+
+
H3O
H3O
+
H3O
+
+
H3O
+
Cl
-
ClO4
-
+
Br
+
l
-
+
HSO4
+
ClO3
ضعيفة/أحماض شائعة
HSO4
+ H2O
H3O
+
H3PO4 + H2O
HF
+
+
H3O +
+
+ H2O
H3O
+
2SO4
H2PO4
-
F
CH3COOH + H2O
+
-
H3O + CH3COO
ضعيفة/تابع أحماض شائعة
H2CO3 + H2O
H2S
+ H2O
HCN + H2O
HCO3
+ H2O
+
H3O +
H3O
H3O
+
+
+
+
+
H3O +
HCO3
HS
-
-
CN
2CO3
المحاليل المائية للقواعد
معظم القواعد مركبات أيونية تحتوي على
كاتيون فلزي وآنيون الهيدروكسيد OH
-
OH
-
2 OH
+
+
+
2+
Na
Ca
H2O
)NaOH(S
H2O
)Ca(OH)2(S
القواعد ليست كلها مركبات أيونية ،األمونيا
مركب جزيئي له خاصة قاعدية ،لماذا ؟
-
بسبب تكون آنيونات الهيدروكسيد OH
عند تفاعلها مع الماء .كما في المعادلة :
-
+ OH
+
NH4
+ H2O
NH3
قوة القواعد
تعتمد قوة القواعد على :
درجة تفككها ( مدى تزويدها للمحلول
المائي بأيونات الهيدروكسيد ) .
القواعد التي ال تذوب جيداً في الماء ال
تنتج عدداً كبيراً من أيونات الهيدروكسيد
فال تكون محاليها قلوية قوية .
تعتمد قلوية المحاليل على :
تركيز أيونات الهيدروكسيد فيها ،
وليس على عدد أيونات الهيدروكسيد
الموجودة في المركب الذائب .
تعتبر األمونيا إلكتروليتا ً ضعيفا ً (قاعدة ضعيفة)
على الرغم أنها جيدة الذوبان في الماء ،لماذا؟
ألن تركيز أيونات الهيدروكسيد قليل في محلولها
قواعد قوية
NaOH
KOH
RbOH
CsOH
+
Na
+
+
+
K
+
Rb
+
Cs
+
+
-
OH
-
OH
-
OH
-
OH
قواعد قوية/تابع
Ca(OH)2
Sr(OH)2
Ba(OH)2
H2O
H2O
H2O
2+
+
2+
+
2+
+
Ca
Sr
Ba
-
2 OH
-
2 OH
-
2 OH
قواعد ضعيفة
NH3
+ H2O
C6H5NH2
+
NH4
+ OH
+ H2O
+
C6H5NH3
+ OH
-
-
أحماض وقواعد برونشتيد – لوري
أحماض برونشتيد – لوري :
جزيء أو أيون مانح للبروتون .
قواعد برونشتيد – لوري :
جزيء أو أيون مستقبل للبروتون .
حسب برونشتيد – لوري :
+
الحمض :يمنح ( يعطي ) بروتون . H
+
القاعدة :تستقبل ( تأخذ ) بروتون . H
-
+
NH4 + Cl
H
HCl + NH3
يمنح
تستقبل
قاعدة
حمض
:
:
H:O: H
H
:
:
:
+ :Cl:
:
:
+
تستقبل
:
+ H:O:
Hقاعدة
H :Cl:
حمض
يمنح
:
:
حمض
:
:
H :Cl:
H
+ H:N:
H
قاعدة
:
:
:
+ :Cl:
:
H
H:N: H
H
+
:
:
:
:O:
+
H
H
H:N: H
H
:
:
:
-
+
قاعدة
H:O:
H
:
+ H:N: H
H
:
الماء يتفاعل أيضا ً كحمض برونشتيد– لوري
حمض
الحمض أحادي البروتون :
الحمض الذي يمنح بروتون واحداً ( أيون
الهيدروجين ) فقط من كل جزيء .
أمثلة :
حمض الهيدروكلوريك HCl
حمض النيتريك HNO3
حمض البيركلوريك HClO4
كيف يمنح جزيء من الحمض أحادي
البروتون HClبروتونا ً لجزيء
الماء ؟
يتأين الحمض HClبخطوة واحدة
ليكون +
H3Oو Cl
-
+
H3O + Cl
HCl + H2O
الحمض متعدد البروتون :
الحمض الذي يمنح أكثر من بروتون من
كل جزيء .
أمثلة :
حمض الكبريتيك H2SO4
حمض الفوسفوريك H3PO4
تتأين األحماض المتعددة
البروتون في أكثر من خطوة
( مراحل متعددة ) حيث يفقد
في كل مرحلة أيونا ً من
الهيدروجين .
يتأين حمض الكبريتيك على مرحلتين :
المرحلة األولى -:
حمض الكبريتيك قوي يتحول بشكل تام إلى أيونات
الكبريتات الهيدروجينية :
HSO4
+
+
H3O
H2SO4 + H2O
المرحلة الثانية -:
أيون الكبريتات الهيدروجينية حمض ضعيف يتأين
(حالة اتزان ) كما يلي :
2SO4
+
+
H3O
+ H2O
HSO4
ماذا يحتوي محلول حمض الكبريتيك ؟
2+
HSO4
SO4
H3O
أيونات
كم بروتونا يمنح جزيء حمض الكبريتيك ؟
2
بروتون
لذلك فهو حمض ثنائي البروتون
وبالتالي فهو من األحماض متعددة البروتون
الحمض ثنائي البروتون :هو الذي يمنح
بروتونين اثنين من كل جزيء .
حمض الفوسفوريك من األحماض متعددة
البروتون فهو حمض ثالثي البروتون .
الحمض ثالثي البروتون :هو الذي يمنح
ثالثة بروتونات من كل جزيء .
H3PO4 + H2O
H2PO4
2HPO4
+ H2O
+ H2O
+
H3O +
H2PO4
+
2HPO4
+
3PO4
H3O +
H3O +
ماذا يحتوي محلول حمض الفوسفوريك ؟
3H3PO4 PO4
2HPO4
H2PO4
+
H3O
في معظم األحماض متعددة البروتون :
يكون تركيز األيونات المتكونة في المرحلة
األولى هو األكبر .وينخفض بحسب مراحل
التأين .
ففي محلول حمض الفوسفوريك يكون تركيز
3PO4
2HPO4
H2PO4
>
>
لذلك يعد حمض الفوسفوريك ضعيفا ً في كل
مرحلة تأين له .
أحماض وقواعد لويس
حمض لويس :
ذرة أو جزيء أو أيون يستقبل زوجا ً من
اإللكترونات ليكون رابطة تساهمية.
قاعدة لويس :
ذرة أو جزيء أو أيون يمنح زوجا ً من
اإللكترونات ليكون رابطة تساهمية.
قواعد لويس
. .
Nتحتوي على 7إلكترونات ترتيبه (2
) ,5بينما ذرة Hتحتوي على . 1
H
.
يمكن منحه
.
.
H
.:N
زوج إلكترونات غير
مشارك في رابطة
H
قواعد لويس
: :
.
. .
:
Nتحتوي على 7إلكترونات ترتيبه (2 ,
)5بينما ذرة Fتحتوي على 9ترتيب (2 ,
)7
:F:
. . :
.:N F:
: F:
كم عدد أزواج اإللكترونات
حول ذرة النيتروجين ؟
4أزواج
حمض لويس
. . . .
.
:
: :
:
Bتحتوي على 5إلكترونات ترتيبه (2 ,
)3بينما ذرة Fتحتوي على 9ترتيب (2 ,
)7
كم عدد أزواج اإللكترونات
:F:
:F .B
: F:
حول ذرة البورون ؟
3أزواج
هل يمكن ان تستقبل ذرة
البورون زوج إلكترونات؟
: حمض لويس
+
H + :NH3
حمض
+
[ H - NH3 ]
أو
+
NH4
+
Ag + 2 :NH3
حمض
+
[ NH3 – Ag - NH3 ]
أي مركب تمتلك ذرته المركزية ثالثة
إلكترونات يمكن أن يسلك كحمض لويس
مثال :ثالثي فلوريد البورون كما توضح
المعادلة التالية :
:
:
: :
: : : :
: :
: : : :
: :
:F:
:F :B + :F:
:F:
قاعدة
:F:
:F :B :F:
:F:
حمض
BF3
+ F
-
BF4
-
: :
: : : :
: :
:
:
قاعدة
: : : :
: :
مثال آخر :ثالثي فلوريد البورون مع األمونيا
كما توضح المعادلة التالية :
:F: H
:F:
H
:F :B :N: H
:F :B + :N: H
:F: H
:F:
H
حمض
تفاعالت الحمض -القاعدة
األحماض والقواعد المرافقة :
القاعدة المرافقة :
الناتج بعد أن يعطي حمض برونشتيد -
لوري بروتونا ً .
-
F
قاعدة
مرافقة
+
+
H3O
+ H2O
HF
حمض
الحمض المرافق :
الناتج بعد أن تستقبل قاعدة برونشتيد -
لوري بروتونا ً .
-
F
+
+
H3O
حمض
مرافق
+ H2O
قاعدة
HF
تفاعالت الحمض –القاعدة لبرونشتيد
– لوري هي أنظمة اتزان أي أن
التفاعلين األمامي والعكسي يحدثان في
نفس الوقت ويتضمان بالتالي زوجي
حمض – قاعدة مرافقين ،كما في
المعادلة التالية :
-
F
+
+
H3O
+ H2O
HF
-
F
قاعدة1
+
+ H2O
H3O +
حمض2
قاعدة 2
HF
حمض1
حدد زوجي الحمض – القاعدة المرافقين في
المعادلة السابقة ؟
الزوج 1
الزوج 2
HF
+
H3O
و
و
-
F
H2O
قوة األحماض والقواعد المرافقة :
تعتمد درجة التفاعل بين حمض وقاعدة
برونشتيد – لوري على القوة النسبية لألحماض
والقواعد المتفاعلة .
-
Cl
قاعدة
ضعيفة
+
+
H3O
حمض
+ H2O
قاعدة
HCl
حمض
قوي
حمض الهيدروكلوريك حمض قوي يمنح
بروتونا ً بسهولة لذلك يتصف األيون Clبميل
ضعيف الجتذاب بروتون واالحتفاظ به .
-
وبالتالي فإن األيون Clيكون
قاعدة ضعيفة للغاية .
-
Cl
قاعدة
ضعيفة
+
+
H3O
حمض
+ H2O
قاعدة
HCl
حمض
قوي
االستنتاج :كلما كان :
الحمض أقوى تكون قاعدته المرافقة أضعف
والقاعدة أقوى يكون حمضها المرافق أضعف
ClO4
قاعدة
أضعف
+
+
H3O
حمض
أضعف
HClO4 + H2O
قاعدة
أقوى
حمض
أقوى
يتفاعل الحمض األقوى مع القاعدة األقوى
وينتج الحمض األضعف والقاعدة األضعف .
CH3COOH + H2O
قاعدة أضعف
+ CH3COO
-
قاعدة أقوى
حمض أضعف
+
H3O
حمض أقوى
التفاعالت القائمة على انتقال البروتون تفضل
انتاج الحمض األضعف والقاعدة األضعف .
المركبات األمفوتيرية
مادة تتفاعل كحمض أو قاعدة .
مادة لها خواص األحماض والقواعد مثل
الماء .
تفاعل الماء كمركب أمفوتيري :
HSO4
+
قاعدة1
-
+ OH
قاعدة 2
+
H3O
حمض2
+
NH4
حمض1
H2SO4 + H2O
قاعدة 2
+ H2O
حمض2
حمض1
NH3
قاعدة1
يستطيع الماء أن يتفاعل كحمض أو قاعدة .
وجود -OHفي المركبات الجزيئية :
أنواع المركبات التي تحتوي على : -OH
-1قاعدية :مثل . NaOH
-2حمضية :مثل . HOCl
-3أمفوتيرية :مثل . Cr(OH)3
ترتبط مجموعة الهيدروكسيل -OHتساهميا ً
تساهميا بالحمض .
حتى تكون هذه المركبات حمضية يجب أن
يكون جزيء الماء المتفاعل معها قادراً على
جذب ذرة الهيدروجين من مجموعة
الهيدروكسيل .
يحدث التجاذب بشكل أسهل كلما كانت الرابطة
O-Hأكثر قطبية .
العوامل التي تحدد حمضية المركبات الجزيئية
التي تحتوي على مجموعة الهيدروكسيل -OH
-1السالبية الكهربائية :
تزداد حمضية المركب بزيادة السالبية .
-2عدد ذرات األكسجين المرتبطة بالذرة
المتصلة بمجموعة : -OH
تزداد حمضية المركب بزيادة عددها .
فسر :تزداد حمضية المركب بزيادة عدد
ذرات األكسجين المرتبطة بالذرة المتصلة
بمجموعة . -OH
-2ألن سالبية األكسجين عالية فيزداد
سحبها للكثافة اإللكترونية بعيداً عن الرابطة
O-Hفتزداد قطبيتها .
جميع األحماض األكسجينية عبارة عن
إلكتروليتات جزيئية تحتوي على واحدة أو أكثر
من روابط مثل أحماض البيركلوريك والكلوريك
:
:
:
:
: :
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
3
تزداد قوة الحمض
: :
: :
الحظ عدد ذرات األكسجين المرتبطة بالذرة المتصلة
بمجموعة . -OH
H:O:Cl: H:O:Cl:O: H:O:Cl:O:
:O:
:O:
صفر
1
2
H:O:Cl:O:
يزداد عدد ذرات األكسجين المرتبطة بالذرة المتصلة بمجموعة -OH
:O:
يكون الكروم ثالث مركبات مختلفة تحتوي على
مجموعة –OHهي :
H2CrO4
Cr(OH)3
Cr(OH)2
توقع أيها :حمض أو قاعدة أو أمفوتيري .
تزداد حمضية المركب بزيادة عدد ذرات األكسجين فيه .
عدد ذرات
األكسجين
H2CrO4
4
حمض
Cr(OH)3
3
أمفوتيري
Cr(OH)2
2
قاعدة
تأمل المركبين التاليين :
O
II
CH3- C- OH
حمض األسيتيك
H
I
CH3- C -OH
I
H
اإليثانول
الحظ عدد ذرات األكسجين المرتبطة بالذرة المتصلة بمجموعة . -OH
حمض األسيتيك 1
اإليثانول
صفر
لماذا يتمتع حمض األسيتيك بالحمضية بينما
اإليثانول ليس كذلك ؟
ج -لوجود ذرة أكسجين ثانية مرتبطة بذرة
الكربون المتصلة بمجموعة –OHفي حمض
األسيتيك وعدم وجود ذلك في اإليثانول .
تفاعالت التعادل
تعادل الحمض القوي – القاعدة القوية
مثال :تفاعل محلولي حمض الهيدروكلوريك
وهيدروكسيد الصوديوم .
NaCl + H2O
-
+
OH
-
Cl
+
+
+
Na
H3O
HCl + NaOH
)NaOH(aq
+ H2O
HCl
-
+
OH
-
Cl
+
+
+
)NaOH(aq
Na
+ H2O
H3O
HCl
المعادلة األيونية العامة :
-
+
+ OH
-
Cl + 2H2O
+
-
+
H3O + Cl + Na
+
Na
المعادلة األيونية الصرفة :
2H2O
-
+ OH
+
H3O
التعادل :
التفاعل الذي يحدث بين أيونات الهيدرونيوم
وأيونات الهيدروكسيد لتكوين جزيئات الماء .
ماء +ملح
قاعدة +حمض
الملح :
مركب أيوني يتكون من كاتيون القاعدة وآنيون
الحمض .
المطر الحمضي :
ينتج عن ذوبان غازات ناتجة عن العمليات
الصناعية مثل SO3,SO2 , NO2 ,NO
المنتشرة في الجو في مياه األمطار .
H2SO4
+ H2O
SO3
مراجعة القسم : 3 – 3ص 89
-1اكمل وزن معادالت تفاعالت الحمض – القاعدة التالية
H2CO3 + Sr(OH)2
+ H2O
SrCO3
NaOH
+ H2O
NaClO4
HClO4 +
2 HBr
+ Ba(OH)2
BaBr2
+ 2 H2O
2 NaHCO3 + H2SO4
Na2SO4 + 2 H2O + 2 CO2
-3كيف يمكن لعدة ذرات أكسجين موجودة في
مركب يحتوي على مجموعة -OHأن تجعل
منه مركبا ً حمضياًُ .
ج -تسحب ذرات األكسجين الكثافة اإللكترونية
بعيداً عن الرابطة O-Hفتزداد قطبيتها ويسهل
كسرها