Imoibriú aigéad–bunanna

Ón Vicipéid, an chiclipéid shaor.
Jump to navigation Jump to search

Is imoibriú ceimiceach é imoibriú aigéad–bunanna a tharlaíonn idir aigéad agus bun. Is féidir é a úsáid chun pH a chinneadh. Soláthraíonn roinnt creataí teoiriciúla coincheapa malartacha ar na meicníochtaí imoibrithe agus a gcur i bhfeidhm chun fadhbanna a bhaineann leo a réiteach; tugtar na teoiricí aigéad le bunanna orthu seo, mar shampla, teoiric aigéad–bunanna Brønsted-Lowry.

Tagann a dtábhacht chun solais in anailís a dhéanamh ar imoibrithe aigéad–bunanna do speicis ghásacha nó leachtacha, nó nuair a d’fhéadfadh carachtar aigéid nó buin a bheith níos lú follasaí. Chuir an ceimiceoir Francach Antoine Lavoisier an chéad cheann de na coincheapa seo ar fáil, timpeall na bliana 1776. [1]

Tá sé tábhachtach smaoineamh ar shamhlacha an imoibrithe aigéad–bunanna mar theoiricí a chomhlánaíonn a chéile. [2] Mar shampla, tá an sainmhíniú is leithne ag samhail reatha Lewis ar cad is aigéad agus bun ann, agus teoiric Brønsted-Lowry mar fhothacar de na haigéid agus na bunanna, agus teoiric Arrhenius an ceann is sriantaí.

Sainmhínithe maidir le haigéid agus bunanna[cuir in eagar | athraigh foinse]

Forbairt stairiúil[cuir in eagar | athraigh foinse]

Mhol Guillaume-François Rouelle an coincheap d’aigéid agus de bhunanna den chéad uair sa bhliain 1754, a thug isteach an téarma base (Gaeilge:bun) sa cheimic, a chiallaíonn substaint a imoibríonn le haigéad chun foirm sholadach a thabhairt dó (mar shalann). [3]

Teoiric ocsaigine Lavoisier maidir le haigéid[cuir in eagar | athraigh foinse]

Chuir Lavoisier an chéad choincheap eolaíoch aigéad–bunanna ar fáil timpeall na bliana 1776. Ó tharla go raibh eolas Lavoisier ar aigéid láidre teoranta go príomha d’ocsaigéid, mar shampla HNO3 (an t-aigéad nítreach) agus H2SO4 (an t-aigéad sulfarach), a mbíonn adamh lárnach iontu i staideann ard-ocsaídithe timpeallaithe ag ocsaigin, agus ós rud é nach raibh sé ar an eolas faoi fhíor-chomhdhéanamh na n-aigéad hidreahaileach (HF, HCl, HBr, agus HI), shainigh sé aigéid i dtéarmaí a gcuid ocsaigine, a d’ainmnigh sé i ndáiríre ó fhocail Ghréagacha a chiallaíonn “ginteoir aigéid” (ón nGréigis οξυς (oxys) a chiallaíonn “aigéad” nó “géar” agus γεινομαι (geinomai) a chiallaíonn “gin”). Mhair sainmhíniú Lavoisier ar feadh breis agus 30 bliain, go dtí gur scaoileadh alt le Sir Humphry Davy amach sa bhliain 1810, agus ina dhiaidh sin a léachtaí inar chruthaigh sé go raibh easpa ocsaigine i H2S, H2Te, agus na haigéid hidreahaileacha. Mar sin féin, theip ar Davy teoiric nua a fhorbairt, ag teacht ar an gconclúid “nach bhfuil aigéadacht ag brath ar aon substaint bhunaidh ar leith, ach ar shocrú aisteach substaintí éagsúla”. (Béarla: acidity does not depend upon any particular elementary substance, but upon peculiar arrangement of various substances.) [4] Chuir Jöns Jacob Berzelius modhnú suntasach amháin ar theoiric ocsaigine ar fáil, a dúirt gur ocsaídí neamhmhéadail iad aigéid agus gur ocsaídí miotail iad bunanna.

Teoiric hidrigine Liebig maidir le haigéid[cuir in eagar | athraigh foinse]

Sa bhliain 1838, mhol Justus von Liebig gur comhdhúil ina bhfuil hidrigin ann é aigéad, ar féidir miotail a chur ina ionad.[5][6][7] Bhí an t-athsainmhíniú seo bunaithe ar a chuid oibre fairsinge ar chomhdhéanamh ceimiceach na n-aigéad orgánach, ag críochnú an athraithe fhoirceadlaigh ó aigéid ocsaigin-bhunaithe go haigéid hidrigine-bhunaithe a thosaigh Davy. D'fhan sainmhíniú Liebig, cé go raibh sé go hiomlán eimpíreach, in úsáid ar feadh beagnach 50 bliain go dtí gur glacadh le sainmhíniú Arrhenius.[8]

Sainmhíniú Arrhenius[cuir in eagar | athraigh foinse]

Ba é Svante Arrhenius a cheap an chéad sainmhíniú nua-aimseartha ar aigéid agus bunanna i dtéarmaí móilíneacha. [9][10] Teoiric hidrigine aigéid, a lean óna chuid oibre le Friedrich Wilhelm Ostwald. sa bhliain 1884, a dheimhnigh go raibh iain ann i dtuaslagán uiscí. agus mar thoradh air sin fuair Arrhenius Duais Nobel sa Cheimic sa bhliain 1903.

De réir shainmhíniú Arrhenius ar aigéid agus bunanna:

  • is aigéad í comhdhúil ar bith a dhíthiomsaíonn in uisce chun (iain) higrigine H+ agus ainian a chruthú HX = H+ + X-.

Cuireann seo prótónáitiú an uisce i bhfeidhm, nó cruthú na hiain hiodróiniam (H 3 O+). Mar sin, sa lá atá inniu ann, léirítear an tsiombail H + mar gHearrscríobh do H3 O+), mar is eol anois nach bhfuil prótón lom ann mar speiceas saor i dtuaslagán uiscí.[11]

  • Is bun í aon chomhdhúil a dhíthiomsaíonn in uisce chun ian hiodrocsaíde OH- agus caitian a chruthú, MOH = M+ + OH- [12]

Tá sainmhínithe Arrhenius ar aigéadacht agus alcaileacht teoranta do dhobharthuaslagáin, agus tagraíonn siad do thiúchan na n-ian sa tuaslagóir. De réir an tsainmhínithe seo, níl H2SO4 íon agus HCl tuaslagtha i dtolúéin aigéadach, agus níl NaOH leáite agus tuaslagáin d'aimíd chailciam in amóinia leachtach alcaileach. Mar thoradh air seo, forbraíodh teoiric Brønsted-Lowry agus teoiric Lewis ina dhiaidh sin chun cuntas a thabhairt ar na heisceachtaí neamhuiscí seo. [13]

Ar an iomlán, chun cáiliú mar aigéad Arrhenius, nuair a thuaslagadh é in uisce, caithfidh an ceimiceán a bheith ina chúis, go díreach nó ar bhealach eile:

  • méadú ar an tiúchan hidriginiam uiscí, nó
  • laghdú ar an tiúchan hiodrocsaíde uiscí.

Os a choinne sin, chun cáiliú mar bhonn Arrhenius, nuair a thuaslagadh é in uisce, caithfidh an ceimiceán a bheith ina chúis, go díreach nó ar bhealach eile:

  • don laghdú ar an tiúchan hidriginiam uiscí, nó
  • don mhéadú ar an tiúchan hiodrocsaíde uiscí.

Tugtar imoibriú neodrúcháin ar imoibriú an aigéid le bun. Is salann agus uisce iad táirgí an imoibrithe seo.

aigéad + bonn → salann + uisce

San léiriú traidisiúnta seo. cruthaítear imoibriú neodrúcháin aigéid agus bun mar imoibriú athsholáthair dúbailte. Mar shampla, táirgeann an t-imoibriúchán idir an t-aigéad hidreaclórach, HCl, le hiodrocsaíd sóidiam, NaOH, tuaslagán de chlóiríd sóidiam, NaCl, agus roinnt móilíní uisce sa bhreis.

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O

Bhí an mionathraitheoir ceimiceach (aq) sa chothromóid seo intuigthe ag Arrhenius, seachas é a áireamh go follasach. Tugann sé le fios go dtuaslagtar na substaintí in uisce. Cé go bhfuil na trí shubstaint go léir, HCl, NaOH agus NaCl in ann a bheith ann mar chomhdhúile íona, i ndobharthuaslagáin tá siad díthiomsaithe go hiomlán sna hiain uiscithe H+, Cl-, Na+ agus OH-.

Sainmhíniú Brønsted–Lowry[cuir in eagar | athraigh foinse]

Johannes Brønsted
Thomas Martin Lowry2

Sa bhliain 1923 chuir Johannes Nicolaus Brønsted sa Danmhairg agus Martin Lowry i Sasana [14] [15][16] teoiric i bhfáth, as a stuaim féin, faoi aigéid agus bunanna .i. is aigéad é an speiceas a bhfuil claonadh ann chun prótón (H+) a chailliúint agus is bun é an speiceas a bhfuil claonadh ann chun prótón a ghlacadh. Cuir i gcás, tá claonadh ag aigéad HA chun H+ a chailliúint ach tá claonadh freisin ag an ainian A- den aigéad chun prótón a ghlacadh mar is léir ón gcothromaíocht seo a leanas:

HA (aigéad) ⇌ H++ A-(bun)

Uime sin, is bun é A-, de réir Bhrønsted–Lowry. In allagar na ceimice tugtar an bun comhchuingeach den aigéad HA ar A-. Cuirtear an sainmhíniú in iúl i dtéarmaí shlonn cothromaíochta;

aigéad + bun ⇌ bun comhchuingeach + aigéad comhchuingeach.

Ní hé an prótón lom H+ a bhíonn in uisce ach an speiceas H2OH+H3O+

Sainmhíniú Lewis[cuir in eagar | athraigh foinse]

Bhain, sainmhíniú Lewis d'imoibriú aigéad–bunanna, ar siúl riachtanas na hidrigine de réir Arrhenius agus Brønsted-Lowry, a cheap Gilbert N. Lewis sa bhliain 1923, sa bhliain chéanna le Brønsted-Lowry, ach níor fhorbair sé é a thuilleadh go dtí 1938. In ionad imoibrithe aigéad–bunanna a shainiú i dtéarmaí prótón nó substaintí nasctha eile, sainmhíníonn sainmhíniú Lewis bun (dá ngairtear bun Lewis) mar chomhdhúil atá in ann leictreondís a dheonú, agus aigéad (dá ngairtear aigéad Lewis) mar chomhdhúil atá in ann an leictreondís seo a fháil.

Mar shampla, is aigéad Lewis tipiciúil é trífhluairíd bóráin, BF3. Féadann sé glacadh le leictreondís mar tá folúntas ina ochtréad. Tá ochtréad iomlán ag an ian fluairíde agus is féidir leis leictreondís a dheonú. Mar sin;

BF3 + F- → BF-4

Sainmhíniú chóras tuaslagóra[cuir in eagar | athraigh foinse]

Ceann de theorainneacha shainmhíniú Arrhenius is ea a spleáchas ar thuaslagáin uisce-bhunaithe. Rinne Edward Curtis Franklin staidéar ar na himoibrithe aigéad-bunanna in amóinia leachtach sa bhliain 1905, agus chuir sé in iúl na cosúlachtaí le teoiric Arrhenius uisce-bhunaithe. D'oibrigh Albert F.O. Germann le foisgéin leachtach, COCl 2, agus rinne sé amach teoiric a bhí tuaslagóirbhunaithe sa bhliain 1925, agus ar an gcaoi sin sainmhíniú Arrhenius a ghinearálú chun tuaslagóirí neamhphrótónacha a chumhdach..[17]

Sainmhíniú Lux–Flood[cuir in eagar | athraigh foinse]

Athbheochan ar theoiric ocsaigine aigéid-bunanna ab ea an teoiric aigéid-bunanna seo, a mhol an ceimiceoir Gearmánach Hermann Lux [18][19] sa bhliain 1939. Thart ar 1947, chuir Håkon Flood tuilleadh chun cinn, agus úsáidtear é go fóill sa gheoiceimic agus i leictriceimic na salainn leáite. Cuireann an sainmhíniú seo síos ar ar aigéad mar ghlacóir ian ocsaíde (O 2−) ar bhun mar dheontóir ian ocsaíde. Mar shampla:

MgO (bun) + CO2(aigéad) → MgCO3
CaO (bun) + SiO2(aigéad) → CaSiO3
NO3-(bun) + S2O7 2-(aigéad) → NO2+ +2 SO 42-

Tá an teoiric seo úsáideach freisin maidir le córasú imoibriúcháin comhdhúile na dtriathghás, go háirithe na ocsaídí xeanón, fluairídí, agus ocsófhluairídí.[20]

Tagairtí[cuir in eagar | athraigh foinse]

Naisc sheachtracha[cuir in eagar | athraigh foinse]

  • 4.5 COTHROMAÍOCHTAÍ AIGÉAD-BUNANNA. [1]
  • Brønsted-Lowry acids and bases.[2]

Tagairtí[cuir in eagar | athraigh foinse]

  1. Miessler & Tarr 1991, p. 166 – table of discoveries attributes Justus von Liebig's publication as 1838.
  2. Paik, Seoung-Hey (2015). "Understanding the Relationship Among Arrhenius, Brønsted–Lowry, and Lewis Theories". Journal of Chemical Education. 92 (9): 1484–1489. Bibcode:2015JChEd..92.1484P. doi:10.1021/ed500891w.
  3. Jensen, William B. (2006). "The origin of the term "base"". The Journal of Chemical Education. 83 (8): 1130. Bibcode:2006JChEd..83.1130J. doi:10.1021/ed083p1130.}
  4. Hall, Norris F. (March 1940). "Systems of Acids and Bases". Journal of Chemical Education. 17 (3): 124–128. Bibcode:1940JChEd..17..124H. doi:10.1021/ed017p124.
  5. Miessler, G.L.; Tarr, D.A. (1991). Inorganic Chemistry.
  6. Meyers, R. (2003). The Basics of Chemistry. Greenwood Press. , Lth. 156
  7. Table of discoveries attributes Justus von Liebig's publication as 1838
  8. Finston, H.L.; Rychtman, A.C. (1983). A New View of Current Acid-Base Theories. New York: John Wiley & Sons. Lth. 140–146
  9. Miessler G.L. and Tarr D.A. Inorganic Chemistry (2nd ed., Prentice-Hall 1999) p. 154 ISBN 0-13-841891-8
  10. Whitten K.W., Galley K.D. and Davis R.E. General Chemistry (4th ed., Saunders 1992) p. 356 ISBN 0-03-072373-6
  11. LeMay, Eugene (2002). Chemistry. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice-Hall. p. 602. ISBN 978-0-13-054383-7.
  12. Sanimhíniú Arrhenius. Lth.177. Ceimic Bhunúsach 1, Rialtas na hÉireann 1875
  13. "Theories of acids and bases". www.chemguide.co.uk. Retrieved 18 April 2018.
  14. Teoiric Bhrønsted-Lowry. Lth.467. Ceimic Bhunúsach 1, Rialtas na hÉireann 1875
  15. Brönsted, J.N. (1923). "Einige Bemerkungen über den Begriff der Säuren und Basen". Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas 42 (8): 718–728. doi:10.1002/recl.19230420815. 
  16. Lowry, T.M. (1923). "The uniqueness of hydrogen". Journal of the Society of Chemical Industry 42 (3): 43–47. doi:10.1002/jctb.5000420302. 
  17. Germann, Albert F.O. (6 October 1925). "A General Theory of Solvent Systems". Journal of the American Chemical Society 47 (10): 2461–2468. doi:10.1021/ja01687a006. 
  18. Franz, H. (1966). "Solubility of Water Vapor in Alkali Borate Melts". Journal of the American Ceramic Society 49 (9): 473–477. doi:10.1111/j.1151-2916.1966.tb13302.x. 
  19. Lux, Hermann (1939). ""Säuren" und "Basen" im Schmelzfluss: die Bestimmung. der Sauerstoffionen-Konzentration" (as de). Z. Elektrochem. 45 (4): 303–309. 
  20. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. p. 1056. ISBN 978-0-08-022057-4.