اسید

کلمه «اسید» (به انگلیسی:(acid از واژه لاتین acidus به معنای «ترش مزه» آمده‌است. تعاریف گوناگونی برای اسید و باز وجود دارد، از جمله تعاریف آرنیوس، لوری-برونستد و لوییس.

تعریف قدیمی

اسیدها موادی ترش مزه اند خاصیت خورندگی دارند شناساگرها را تغییر رنگ می دهند و بازها را خنثی می کنند.

بازها موادی با مزهٔ گس-تلخ اند حالتی لزج دارند شناساگرها را تغییر رنگ می دهند و اسیدها را خنثی می کنند.

لی بیگ: اسیدها موادی اند که در ساختار خود هیدروژن یا هیدروژن هایی دارند که در واکنش با فلزها توسط یون های فلز جایگزین می شوند.

آرنیوس: اسیدها موادی هستند که ضمن حل شدن در آب یون +H آزاد می کنند. بازها موادی هستند که ضمن حل شدن در آب یون -OH آزاد می کنند.این تعریف فقط به موادی محدود می‌شود که در آب قابل حل باشند. حدود سال ۱۸۰۰، شیمی دانان فرانسوی از جمله آنتوان لاووازیه، تصور می کرد که تمام اسیدها دارای اکسیژن هستند. شیمی دانان انگلیسی از جمله سر همفری دیوی، معتقد بود که تمام اسیدها دارای هیدروژن هستند. شیمی دان سوئدی، سوانت آرنیوس، از این عقیده برای گسترش تعریف اسید استفاده نمود.

لوری-برونستد: اسید گونه ای است که در واکنش شیمیایی پروتون (یون+H(می دهد و باز گونه ای است که در واکنش شیمیایی پروتون (یون(+Hمی پذیرد. لوریو برونستد این تعریف را بیان کردند، که از آن بر خلاف تعریف آرنیوس می‌توان در محیط غیر آبی هم استفاده کرد.

لوییس: اسیدها موادی هستند که در واکنش های شیمیایی پیوند داتیو می پذیرند. بازها موادی هستند که در واکنش های شیمیایی پیوند داتیو می دهند.تعریف لوییس را با نظریه اوربیتال مولکولی هم می‌توان بیان کرد. به طور کلی، اسید می‌تواند یک جفت الکترون از بالاترین اوربیتال خالی در پایین اوربیتال خالی خود دریافت کند. این نظر را گیلبرت ن. لوییس مطرح کرد. با وجود این که این تعریف گسترده ترین تعریف است، تعریف لوری-برونستد کاربرد بیشتری دارد. با استفاده از این تعریف می‌توان میزان قدرت یک اسید را هم مشخص نمود. از این مفهوم در شیمی آلی هم استفاده می‌شود (مثلاً در کربوکسیلیک اسید(.

نام گذاری

اسیدها بر اساس آنیون هایشان نام گذاری می‌شوند. پسوند یونی را حذف و با پسوندی جدید جایگزین می‌کنیم (گاهی اوقات پیشوند)، طبق جدول زیر. برای مثال،HCl دارای آنیون کلرید است، پس پسوند -ید نام را به صورت هیدروکلریک اسیددرمی آورد.

 

خواص شیمیایی

در آب بین اسید (HA) و آب تعادل زیر اتفاق می‌افتد، که آب به عنوان یک باز رفتار می‌کند:

HA(aq) ⇌ H_۳O⁺(aq) + A^-(aq)

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

 

اسیدهای قوی دارای مقدار بزرگی برای K_a هستند (یعنی واکنش تعادلی به سمت راست پیشروی می‌کند و اسید تقریباً به طور کامل به H_۳O⁺ و A^- تفکیک می‌شود(.

اسیدهای ضعیف دارای مقدار کوچکی برای K_a هستند (یعنی مقدار چشمگیری ازHA و A⁻ و مقداری متعادلی از H_۳O⁺ در انتهای واکنش باقی می‌ماند؛ اسید به طور جزئی واکنش می‌دهد). برای مثال K_a برای استیک اسید برابر ۱٫۸ x ۱۰^-۵است. 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 اسید (K_a) و یا هم‌ارزش آن pK_a می‌سنجند،(pK_a= - log(K_a)).

PHیک محلول معیاری برای تعیین غلظت هیدرونیوم است.

اسیدهای چندپروتونی

اسیدهای چندپروتونی ترکیب هایی هستند که دارای بیش از یک هیدروژن اسیدی هستند و به طور متوالی تفکیک می شوند.

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

HA(aq) + H_۲O(l) ⇌ H_۳O⁺(aq) + A⁻(aq)         K_a

یک اسید دوپروتونی (در این جا آن را با H_۲A نشان می‌دهیم) بسته به مقدار pHمی‌تواند یک یا دو واکنش تکفکیک داشته باشد. هر واکنش یک ثابت تفکیک اسید دارد، K_a۱ و K_a۲:

H_۲A(aq) + H_۲O(l) ⇌ H_۳O⁺(aq) + HA⁻(aq)       K_a۱

HA⁻(aq) + H_۲O(l) ⇌ H_۳O⁺(aq) + A^۲−(aq)       K_a۲

ثابت تفکیک اولی همواره بیشتر از دومی است، یعنی K_a۱ > K_a۲. برای مثال سولفوریک اسید (H_۲SO_۴) می‌تواند یک پروتون بدهد و به آنیون بی‌سولفات(HSO_۴⁻) تبدیل شود. هنگامی که K_a۱ بسیاز بزرگ باشد، در این صورت می‌تواند دومین پروتون خود را بدهد و به آنیون سولفات (SO_۴^۲−) تبدیل شود. (SO_۴^۲−) هم مقدار متوسطی دارد. مقدار بزرگ K_a۱ در اولین تفکیک باعث می‌شود که سولفوریک اسید، اسیدی قوی باشد. همانند این، مقدار کوچک کربنیک اسید (H_۲CO_۳)می‌تواند اولین پروتون را بدهد و به آنیون بی‌کربنات (HCO_۳⁻)تبدیل شود و دومین پروتون را بدهد و به کربنات (CO_۳^۲−) تبدیل شود. هر دو مقدار K_a کوچک هستند اما داریم K_a۱ > K_a۲.

یک اسید سه‌پروتونی (H_۳A) می‌تواند یک یا دو یا سه پروتون بدهد و سه مقدار ثابت تفکیک برای آن وجود دارد، به طوری که K_a۱ > K_a۲ > K_a۳>:

H_۳A(aq) + H_۲O(l) ⇌ H_۳O⁺(aq) + H_۲A⁻(aq)        K_a۱

H_۲A⁻(aq) + H_۲O(l) ⇌ H_۳O⁺(aq) + HA^۲−(aq)       K_a۲

HA^۲−(aq) + H_۲O(l) ⇌ H_۳O⁺(aq) + A^۳−(aq)         K_a۳

یک مثال غیرآلی از اسید سه‌پروتونی فسفریک اسید (H_۳PO_۴) است. تمام پروتون‌ها می‌توانند از دست داده شوند و به H_۲PO_۴⁻، سپس HPO_۴^۲−، و در آخر PO_۴^۳− تبدیل شود. یک مثال آلی از اسید سه‌پروتونی اسید سیتریک است، که می‌توانند تمام پروتون‌های خود را بدهد و در انتها به یون فسفات تبدیل شود.

خنثی کردن

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

HCl(aq) + NaOH(aq) → H_۲O(l) + NaCl(aq)

خنثی کردن پایه تیتراسیون)سنجش حجمی) است، که شناساگر pH نقطه هم‌ارزی را مشخص می‌کند.

اسیدهای رایج

اسیدهای قوی معدنی

هیدروبرمیک اسید

هیدروکلریک اسید

هیدرویدیک اسید

نیتریک اسید

سولفوریک اسید

پرکلریک اسید

اسیدهای ضعیف معدنی

بوریک اسید

کربنیک اسید

کلریک اسید

هیدروفلوریک اسید

فسفریک اسید

نیترو اسید

هیدروسیانیک اسید

فسفرو اسید

هیپو فسفرو

اسیدهای ضعیف آلی

به طور کلی تمام اسیدهای آلی اسیدی ضعیف هستند. مانند:

استیک اسید

بنزوئیک اسید

بوتیریک اسید

سیتریک اسید

فرمیک اسید

لاکتیک اسید

مالئیک اسید

مندلیک اسید

اگزالیک اسید

پروپانوئیک اسید

پیروئیک اسید

والریک اسید

قلیایی

محیطی که در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد، pH آن بیشتر از ۷ ‌باشد محیط قلیایی یا بازی نامیده می‌‌شود.

چند ماده قلیای معروف

مایع سفید کننده

خون

آب دهان

آب دریا

صابون

آب دریا

آمونیاک^۱

 

پ‌هاش

pH معیاری است که میزان اسیدی یا بازی بودن مواد را مشخص می کند.

شرایط

ماده باید مایع یا محلول باشد.

پی اچ فقط در دمای اتاق سنجیده میشود.

روش سنجش پی‌اچ

ابتدا آن را محلول در آب میکنند بعد از فرمول زیر پی اچ آن را می سنجند.

 

راه دیگر استفاده از شناساگرهاست

چند شناساگر معروف

این گونه شناساگرها در اسید یا باز به شکلهای متفاوتی درمی آیند.

گلبرگ گل سرخ

کاغذ تورنسل که از درخت لیتموس به دست می آید.

محلول فنل فتالین(که اگر در یک محلول بیاندازیم و محلول باز باشد به سرعت محلول را به رنگ لبو می کند

محلولو متیل اورانز

محلول متیلن بلو

کاغذ پی اچ که از ترکیب محلولهای بالا به دست می آید

چند نکته

پی اچ یک کمیت لگاریتمی است.

اغلب اسیدهااو بازها باهم واکنش داده و محصول آب و یک نمک است.مانند:

HCl(aq) → H⁺ + Cl⁻

آبزیان فقط در پی‌اچ بین ۵ تا ۹ زنده می مانند.

پی‌اچ چند ماده معروف

پی اچ چند ماده معروف
ماده	pH
اسید کلریدریک, 10M	-۱.۰
اسید باتری	۰.۵
اسید معده	۱.۵ – ۲.۰
آبلیمو	۲.۴4
نوشابه	۲.۵
سرکه	۲.۹
پرتقال یا آبمیوه سیب	۳.۵
رب گوجه فرنگی	۴.۰
آبجو	۴.۵
باران	<۵.۰
قهوه	۵.۰
چای	۵.۵
ادرار	۶.۰
شیر	۶.۵
آب خالص	۷.۰
آب دهان فرد سالم	۶.۵ – ۷.۴
خون	۷.۳۴ – ۷.۴۵
آب دریا	۷.۷ –۸.۳
صابون	۹.۰ – ۱۰.۰
آمونیاک	۱۱.۵
ماده سفید کننده	۱۲.۵
سود سوزآور	۱۳.۵