15.10: יונים כחומצות ובסיסים

מלחים עם יונים חומציים

מלחים הם תרכובות יוניות המורכבות מקטיונים ואניונים, שכל אחד מהם עשוי להיות מסוגל לעבור תגובת יינון חומצה או בסיס עם מים. תמיסות מלח מימיות, לפיכך, עשויות להיות חומציות, בסיסיות או ניטרליות, בהתאם לחוזקות החומצה-בסיס היחסיות של יונים המרכיבים את המלח. לדוגמה, המסת האמוניום כלוריד במים מביאה לפירוקו, כפי שמתואר במשוואה:

יון האמוניום הוא החומצה המצומדת של אמוניה הבסיסית, NH₃; תגובת יינון החומצה שלו (או הידרוליזה חומצית) מיוצגת על ידי:

מכיוון שאמוניה היא בסיס חלש, K_b ניתן למדידה ו-K_a > 0 (יון אמוניום הוא חומצה חלשה).

יון הכלוריד הוא הבסיס המצומד של חומצה הידרוכלורית, ולכן תגובת יינון הבסיס (או הידרוליזה של הבסיס) שלו מיוצגת על ידי

מכיוון ש-HCl היא חומצה חזקה, K_a גדול לאין שיעור ו-K_b ≈ 0 (יוני כלוריד אינם עוברים הידרוליזה ניכרת). לפיכך, המסת אמוניום כלוריד במים מניבה תמיסה של קטיונים חומציים חלשים (NH₄⁺) ואניונים אינרטיים (Cl⁻), וכתוצאה מכך נוצרת תמיסה חומצית.

מלחים עם יונים בסיסיים

כדוגמה נוספת, שקול להמיס נתרן אצטט במים:

יון הנתרן אינו עובר יינון ניכר של חומצה או בסיס ואין לו השפעה על ה-pH של התמיסה. זה אולי נראה מובן מאליו מנוסחת היון, שמציינת שאין אטומי מימן או חמצן, אבל כמה יוני מתכת מומסים מתפקדים כחומצות חלשות, כפי שנדון בהמשך. יון האצטט, CH₃CO₂⁻, הוא הבסיס המצומד של חומצה אצטית, CH₃CO₂H, ולכן תגובת יינון הבסיס (או הידרוליזה של הבסיס) שלו מיוצגת על ידי:

מכיוון שחומצה אצטית היא חומצה חלשה, ה-K_a שלה ניתן למדידה ו-K_b > 0 (יון אצטט הוא בסיס חלש). המסת נתרן אצטט במים מניבה תמיסה של קטיונים אינרטיים (Na⁺) ואניוני בסיס חלשים (CH₃CO₂⁻), וכתוצאה מכך נוצרת תמיסה בסיסית.

מלחים עם יונים חומציים ובסיסיים

מלחים מסוימים מורכבים מיונים חומציים ובסיסיים כאחד, ולכן ה-pH של התמיסות שלהם יהיה תלוי בחוזקות היחסיות של שני המינים הללו. עבור סוגי מלחים כאלה, השוואה של ערכיK_a ו-K_b מאפשרת לחזות את מצב החומצה-בסיס של התמיסה.

היינון של יוני מתכת הידרטית

שלא כמו יוני המתכת מקבוצה 1 ו-2 של הדוגמאות הקודמות (Na⁺, Ca²⁺ וכו'), יוני מתכת מסוימים מתפקדים כחומצות בתמיסות מימיות. יונים אלה לא רק מומסים באופן רופף על ידי מולקולות מים כאשר הם מומסים; במקום זאת הם קשורים באופן קוולנטי למספר קבוע של מולקולות מים כדי ליצור יון מורכב (ראה פרק על כימיה של קואורדינציה). כדוגמה, תמיסה של אלומיניום חנקתי במים מיוצגת בדרך כלל כ:

עם זאת, יון האלומיניום(III) מגיב למעשה עם שש מולקולות מים ליצירת יון מורכב ויציב, ולכן הייצוג המפורש יותר של תהליך התמיסה הוא:

יוני Al(H₂O)₆³⁺ כרוכים בקשרים בין אטום Al מרכזי לבין אטומי O של שש מולקולות המים. כתוצאה מכך, קשרי O-H של מולקולות מים קשורות קוטביות יותר מאשר במולקולות מים לא קשורות, מה שהופך את המולקולות הקשורות לנוטות יותר לתרומת יון מימן:

הבסיס המצומד שנוצר בתהליך זה מכיל עוד חמש מולקולות מים קשורות המסוגלות לפעול כחומצות, ולכן העברה רציפה או שלב של פרוטונים אפשרי כפי שמתואר במשוואות להלן:

מלבד המתכות האלקליות (קבוצה 1) וכמה מתכות אלקליות-עפרוריות (קבוצה 2), רוב יוני המתכת האחרים יעברו יינון חומצי במידה מסוימת כשהם מומסים במים. חוזק החומצה של יונים מורכבים אלה עולה בדרך כלל עם הגדלת המטען והקטנת הגודל של יוני המתכת. השלב הראשון של משוואות יינון החומצה עבור כמה יוני מתכת חומציים אחרים מוצגים בהמשך:

טקסט זה מותאם מ Openstax, Chemistry 2e, Section 14.4: Hydrolysis of Salts.