תיאוריות של חומצות ובסיסים הם מבוססים על הרעיון שניתן על ידי אנטואן לבואזיה ב 1776, אשר הגבילה את הידע של חומצות חזקות, כולל חנקתית גופרתית. לבואזייה טען כי חומציותו של חומר תלויה בכמות החמצן שהוא מכיל, מכיוון שהוא לא ידע את ההרכבים בפועל של הלידים מימן וחומצות חזקות אחרות.
תיאוריה זו נראתה כהגדרה האמיתית של חומצה במשך כמה עשורים, אפילו כאשר מדענים כמו ברזליוס ופון ליבביג ביצעו שינויים והציעו חזיונות אחרים, אך רק לאחר שארהניוס הגיע לראות בצורה ברורה יותר כיצד חומצות ובסיסים עובדים.
תומאס מרטין לאורי, אחד מתיאורטיקני החומציות והבסיס
בעקבות ארהניוס פיתחו הפיזיקו-כימאים ברונסטד ולורי באופן עצמאי תיאוריה משלהם, עד שלואיס ניגש להציע גרסה משופרת ומדויקת יותר לה.
מערכת התיאוריות הזו משמשת עד היום ונאמרים כי הן אלה שעזרו ליצור תרמודינמיקה כימית מודרנית.
תיאוריה של ארהניוס
תיאוריית ארהניוס היא ההגדרה המודרנית הראשונה של חומצות ובסיסים, והיא הוצעה על ידי הפיזיקוקימאי בעל אותו שם בשנת 1884. היא קובעת כי חומר מזוהה כחומצה כאשר הוא יוצר יוני מימן על ידי התמוססות במים.
כלומר, החומצה מעלה את ריכוז יוני H + בתמיסות מימיות. ניתן להדגים זאת באמצעות דוגמא לניתוק חומצה הידרוכלורית (HCl) במים:
HCl (aq) → H + (aq) + Cl - (aq)
לפי ארהניוס, בסיסים הם אותם חומרים שמשחררים יוני הידרוקסיד כאשר הם מתנתקים במים; כלומר, זה מגביר את הריכוז של OH - יונים בתמיסות מימיות. דוגמה לבסיס ארהניוס היא פירוק נתרן הידרוקסיד במים:
NaOH (aq) → Na + (aq) + OH - (aq)
התיאוריה קובעת גם כי ככאלה, אין יוני H + , אלא שמונח זה משמש לציון יון הידרוניום (H 3 O + ) וכי זה נקרא יון מימן.
המושגים של אלקליות וחומציות הוסברו רק כאשר לא הוסברו ריכוזי יוני ההידרוקסיד והמימן, וסוגים אחרים של חומצה ובסיס (גרסאותיהם החלשות).
תיאוריית ברונסטד ולורי
יוהנס ניקולאוס ברונסטד
תיאוריה זו פותחה באופן עצמאי על ידי שני פיסיקו-כימיקלים בשנת 1923, הראשונה בדנמרק והשנייה באנגליה. לשניהם היה חזון זהה: התיאוריה של ארהניוס הייתה מוגבלת (מכיוון שהיא הייתה תלויה לחלוטין בקיומו של תמיסה מימית) ולא הגדירה נכונה מהי חומצה ובסיס.
מסיבה זו כימאים עבדו סביב יון המימן והעלו את טענתם: חומצות הן החומרים המשחררים או תורמים פרוטונים, ואילו הבסיסים הם אלו שמקבלים את הפרוטונים הללו.
הם השתמשו בדוגמה כדי להדגים את התיאוריה שלהם, שהייתה כרוכה בתגובת שיווי משקל. הוא טען שלכל חומצה יש את הבסיס המצומד שלה, ולכל בסיס יש גם את החומצה המצומדת שלה, כך:
HA + B ↔ A - + HB +
כמו למשל בתגובה:
CH 3 COOH + H 2 O ↔ CH 3 COO - + H 3 O +
בתגובה הקודמת, חומצה אצטית (CH 3 COOH) היא חומצה מכיוון שהיא תורמת פרוטון למים (H 2 O) ובכך הופכת לבסיס המצומד שלה, יון האצטט (CH 3 COO - ). בתורו מים הם בסיס מכיוון שהם מקבלים פרוטון מחומצה אצטית והופכים לחומצה המצומדת שלהם, היון ההידרוניום (H 3 O + ).
תגובה הפוכה זו היא גם תגובה של חומצה-בסיס, שכן החומצה המצומדת הופכת לחומצית והבסיס המצומד הופך לבסיס, באמצעות תרומה וקבלת פרוטונים באותו אופן.
היתרון של תיאוריה זו על פני ארהניוס הוא בכך שהיא אינה דורשת חומצה כדי להתנתק כדי להסביר חומצות ובסיסים.
תורת לואיס
הפיזיקוכימאי גילברט לואיס החל ללמוד הגדרה חדשה של חומצות ובסיסים בשנת 1923, באותה השנה בה הציעו ברונסטד ולורי תיאוריה משלהם על חומרים אלה.
להצעה זו, שפורסמה בשנת 1938, היה היתרון כי דרישת המימן (או הפרוטון) הוסרה מההגדרה.
הוא עצמו אמר, ביחס לתיאוריה של קודמיו, כי "הגבלת ההגדרה של חומצות לחומרים המכילים מימן הייתה מוגבלת לא פחות מאשר הגבלת חומרים מחמצנים לאלה המכילים חמצן."
באופן כללי, תיאוריה זו מגדירה בסיסים כחומרים שיכולים לתרום זוג אלקטרונים, וחומצות כאלו שיכולים לקבל זוג זה.
ליתר דיוק, הוא קובע כי בסיס לואיס הוא כזה שיש לו זוג אלקטרונים, שאינו קשור לגרעין שלו וניתן לתרום אותו, וכי חומצת לואיס היא כזו שיכולה לקבל זוג אלקטרונים חופשי. עם זאת, ההגדרה של חומצות לואיס רופפת ותלויה בתכונות אחרות.
דוגמה לכך היא התגובה בין טרימתילבורן (Me 3 B) - שמשמשת כחומצה של לואיס מכיוון שיש לה את היכולת לקבל זוג אלקטרונים - לבין אמוניה (NH 3 ), שיכולה לתרום את צמד האלקטרונים החופשי שלה.
Me 3 B +: NH 3 → Me 3 B: NH 3
יתרון גדול של תיאוריית לואיס הוא האופן בו היא משלימה את המודל של תגובות redox: התיאוריה מציעה כי חומצות מגיבות עם בסיסים לחלוקת זוג אלקטרונים, מבלי לשנות את מספר החמצון של אף אחת מהן אטומים.
יתרון נוסף של תיאוריה זו הוא בכך שהיא מאפשרת לנו להסביר את התנהגותן של מולקולות כמו בור טריפלואוריד (BF 3 ) וסיליקון טטראפלואוריד (SiF 4 ), אשר אין להם נוכחות של יוני H + או OH - כנדרש על ידי תיאוריות קודמות.
הפניות
- בריטניקה, א. ד. (sf). אנציקלופדיה בריטניקה. נשלח מ- britannica.com
- Brønsted - תיאוריה של חומצת לורי. (sf). ויקיפדיה. נשלח מ- en.wikipedia.org
- קלארק, ג '(2002). תיאוריות של חומצות ובסיסים. נשלח מ- chemguide.co.uk