15.10: الأيونات كأحماض وقواعد

أملاح مع أيونات حمضية

الأملاح عبارة عن مركبات أيونية تتكون من الكاتيونات والأنيونات ، وقد يكون أي منهما قادرًا على الخضوع لتفاعل حمض أو تأين قاعدي مع الماء. لذلك ، قد تكون محاليل الملح المائية حمضية أو قاعدية أو متعادلة ، اعتمادًا على القوة النسبية الحمضية للأيونات المكونة للملح. على سبيل المثال ، يؤدي إذابة كلوريد الأمونيوم في الماء إلى تفككه ، كما هو موضح في المعادلة:

أيون الأمونيوم هو الحمض المترافق لأمونيا القاعدة ، NH ₃ ؛ يتم تمثيل تفاعل التأين الحمضي (أو التحلل المائي الحمضي) بواسطة

نظرًا لأن الأمونيا قاعدة ضعيفة ، فإن K _b قابلة للقياس و K _a & # 62؛ 0 (أيون الأمونيوم حمض ضعيف).

إن أيون الكلوريد هو القاعدة المترافقة لحمض الهيدروكلوريك ، وبالتالي يتم تمثيل تفاعل تأين قاعدته (أو التحلل المائي الأساسي) بواسطة

نظرًا لأن حمض الهيدروكلوريك حمض قوي ، فإن K _a كبير بما لا يقاس و K _b & # 8776؛ 0 (أيونات الكلوريد لا تخضع لتحلل مائي ملموس). وبالتالي ، فإن إذابة كلوريد الأمونيوم في الماء ينتج عنه محلول من الكاتيونات الحمضية الضعيفة (NH ₄ ⁺ ) والأنيونات الخاملة (Cl ^{& # 8722؛} ) ، مما ينتج عنه محلول حمضي.

أملاح ذات أيونات أساسية

كمثال آخر ، فكّر في إذابة أسيتات الصوديوم في الماء:

لا يخضع أيون الصوديوم للتأين الحمضي أو الأساسي بشكل ملموس وليس له أي تأثير على الرقم الهيدروجيني للمحلول. قد يبدو هذا واضحًا من صيغة الأيونات ، التي تشير إلى عدم وجود ذرات هيدروجين أو أكسجين ، ولكن بعض أيونات المعادن المذابة تعمل كأحماض ضعيفة ، كما سيتم تناوله لاحقًا في هذا القسم. أيون الأسيتات ، CH ₃ CO ₂ ^{& # 8722؛} ، هو القاعدة المترافقة لحمض الخليك ، CH ₃ CO ₂ H ، ولذا يتم تمثيل تفاعل تأين قاعدته (أو التحلل المائي الأساسي) بواسطة

نظرًا لأن حمض الأسيتيك حمض ضعيف ، فإن K _a قابل للقياس و K _b & # 62 ؛ 0 (أيون الأسيتات هو قاعدة ضعيفة). ينتج عن إذابة أسيتات الصوديوم في الماء محلول الكاتيونات الخاملة (Na ⁺ ) وأنيونات القاعدة الضعيفة (CH ₃ CO ₂ ^{& # 8722؛} ) ، مما أدى إلى حل أساسي.

أملاح مع أيونات حمضية وأساسية

تتكون بعض الأملاح من كل من الأيونات الحمضية والقاعدية ، وبالتالي فإن درجة الحموضة في محاليلها تعتمد على القوة النسبية لهذين النوعين. بالنسبة لمثل هذه الأنواع من الأملاح ، تتيح المقارنة بين قيم K _a و K _b توقع الحل & # 8217 ؛ حالة القاعدة الحمضية.

تأين أيونات المعادن الرطبة

على عكس المجموعة 1 و 2 أيونات المعادن في الأمثلة السابقة (Na ⁺ ، Ca ²⁺ ، إلخ) ، تعمل بعض أيونات المعادن كأحماض في المحاليل المائية . لا يتم فقط إذابة هذه الأيونات بشكل فضفاض بواسطة جزيئات الماء عند إذابتها ؛ بدلاً من ذلك ، يتم ربطهم تساهميًا بعدد ثابت من الماء تنتج الجزيئات أيونًا معقدًا (انظر الفصل الخاص بكيمياء التنسيق). على سبيل المثال ، عادةً ما يتم تمثيل انحلال نترات الألومنيوم في الماء على أنه

ومع ذلك ، يتفاعل أيون الألومنيوم (III) فعليًا مع ستة جزيئات ماء لتكوين أيون مركب مستقر ، وبالتالي فإن التمثيل الأكثر وضوحًا لعملية الذوبان هو

تشتمل أيونات Al (H ₂ O) ₆ ³⁺ على روابط بين ذرة Al مركزية وذرات O في الماء الست الجزيئات. وبالتالي ، فإن جزيئات الماء المترابطة & # 39 ؛ روابط O & # 8211 ؛ H هي أكثر قطبية مما هي عليه في جزيئات الماء غير المربوطة ، مما يجعل الجزيئات المرتبطة أكثر عرضة للتبرع بأيون الهيدروجين:

تحتوي القاعدة المترافقة التي تنتجها هذه العملية على خمسة جزيئات ماء مرتبطة أخرى قادرة على العمل كأحماض ، وبالتالي فإن النقل المتسلسل أو التدريجي للبروتونات ممكن كما هو موضح في المعادلات القليلة أدناه:

بصرف النظر عن الفلزات القلوية (المجموعة 1) وبعض الفلزات القلوية الترابية (المجموعة 2) ، فإن معظم أيونات المعادن الأخرى سوف تخضع للتأين الحمضي إلى حد ما عند إذابتها في الماء. تزداد القوة الحمضية لهذه الأيونات المعقدة عادةً مع زيادة الشحن وتقليل حجم أيونات المعادن. معادلات التأين الحمضي للخطوة الأولى لعدد قليل من أيونات المعادن الحمضية موضحة أدناه:

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 14.4: Hydrolysis of Salts.

الأحماض والقواعد والمركبات الأيونية،تشكل أيونات سالبة و موجبة عند ذوبانها في الماء. الأيونات السالبة،وهي القاعدة المرافقة للحمض القوي،مثل الكلوريد،يتكون من تفكك حمض الهيدروكلوريك،تكون أضعف من أن تستقبل بروتونًا من الماء. بالتالي،فإن أيونات الكلوريد محايدة من حيث pH،بمعنى أنها ليست حمضية ولا قاعدية.

وعلى العكس،فإن الأيونات السالبة التي تشكلها الأحماض الضعيفة،كالأسيتات،وهي القاعدة المرافقة لحمض الخليك،تؤدي دور القاعدة الضعيفة كونها تستطيع استقبال بروتون من الماء. الأيونات الموجبة التي هي الحمض المرافق للقواعد القوية،مثل أيونات الصوديوم التي يشكلها هيدروكسيد الصوديوم،لا تستطيع استقبال بروتونات وبالتالي تكون أيضًا محايدة من حيث pH. وعلى العكس،فإن الأيونات السالبة،التي تنتجها القواعد الضعيفة،مثل الأمونيوم،وهي الحمض المرافق للأمونيا،تؤدي دور الحمض الضعيف كونها قادرة على منح بروتون للماء.

عندما تتأين الأملاح،يمكنها إنتاج محاليل حمضية وقاعدية،إذا كانت تحتوي على حمض مرافق أو قاعدة مرافقة لحمض ضعيف أو قاعدة ضعيفة. بروميد الأمونيوم ينتج أيونات أمونيوم وأيونات بروميد في الماء. أيونات البروميد محايدة من حيث pH،بينما أيونات الأمونيوم تؤدي دور الحمض الضعيف كونها قادرة على منح بروتونات.

عند إذابة أسيتات الصوديوم في الماء،لا تتفاعل أيونات الصوديوم مع الماء،غير أن أيونات الأسيتات تستطيع استقبال بروتون فتشكل محلولًا قاعديًا. الأملاح التي تحتوي على أيونات موجبة وسالبة محايدة من حيث pH تُشكّل محاليل محايدة. على سبيل المثال،يتفكك كلوريد الصوديوم إلى أيونات صوديوم وأيونات كلوريد عند إذابته في الماء.

لأن كلا هذي الأيونين لا يستطيعان منح أو استقبال بروتونات،فإنهما يشكلان محلولًا محايدًا. الأيونات الفلزية ذات الشحنات الصغيرة والمرتفعة،مثل الحديد الثلاثي والألومينيوم الثلاثي،يمكن أن تؤدي دور الأحماض الضعيفة عند إماهتها عند إماهة الألومينيوم الثلاثي،يؤدي دور حمض ضعيف وينقل بروتونات من مياه الإماهة إلى جزيئات الماء الحرة،مما يؤدي إلى إنتاج أيونات الهيدرونيوم. كلما قل حجم الأيون الفلزي وارتفعت شحناته،زادت ميوله لتأدية دور الحمض.

على سبيل المثال،قيمة Ka للحديد الثلاثي Fe(III)هي 6.3 10-³،بينما قيمتها للنيكل الثنائي Ni(II)هي 2.5 10-¹¹.