اسيدها و بازها و اتم ها و ترکیبات شیمیایی

مفهوم اسيد و باز
مفاهيم متداول مختلف اسيد – باز، موضوع بحث ما است . قديميترين آنها، مفهوم اسيد و باز از نظر آرنيوس، در اين بخش عرضه مي شود.
اسيد، به ماده اي گفته مي شود كه در آب تفكيك شود و يون ، كه گاهي به صورت نيز نشان داده مي شود، به وجود آورد. براي مثال

گاز HCl خالص، متشكل از مولكولهاي كووالانسي است. در آب، (كه چيزي جز يك پروتون نيست) ناشي از مولكول HCl، توسط يك جفت الكترون اكسيژن مولكول آب به شدت جذب ميشود. انتقال پروتون به مولكول آب، يك يون به جاي ميگذارد و به توليد يون هيدرونيوم ميانجامد.

در محلول آبي، همه يونها، آبپوشيده هستند و با نماد (aq) به دنبال فرمول يون، نشان داده مي شوند. اين نماد، تعداد مولكولهاي آبي كه در اطراف هر يون وجود دارد، نشان نميدهد. در بسياري از موارد اين تعداد معلوم نشده است و در بسياري موارد نيز تعداد مولكولهاي آب، متغير است. اما يون ، مورد خاص است. بار مثبت يون (پوتون) با هيچ ابرالكتروني پوشيده نيست و در مقايسه با يونهاي ديگر، به غايت كوچك است. بنابراين يون به شدت توسط يك جفت الكترون ناپيوندي مولكول آب جذب ميشود و در واقع با آن پيوند ايجاد ميكند.

شواهدي در دست است كه نشان ميدهد يون ، با سه مولكول ديگر آب تجمع دارد و يوني به فرمول تشكيل ميدهد. شواهد ديگري عقيده وجود چند نوع يون آبپوشيده را در محلول آبي، به طور همزمان تأييد ميكند. بنابراين، برخي شيميدانها، ترجيح ميدهند كه پروتون آبپوشيده را به صورت نشان دهند. فرايند انحلال HCl در آب به صورت زير نشان داده ميشود.

در سيستم آرنيوس، باز ماده اي است كه يون هيدروكسيد، ، دارد يا بر اثر انحلال در آب، يون هيدروكسيد آبپوشيده به وجود مي آورد:

تنها هيدروكسيدهاي فلزات گروه I A و ، و تا حد خيلي كمي از گروه II A در آب محلولاند. ولي هيدروكسيدهاي نامحلول نيز به عنوان باز، با اسيدها تركيب ميشوند.
واكنش يك اسيد با بك خنثي شدن ناميده ميشود. معادلات يوني در واكنش خنثي شدن به قرار زيرند:

محصولات اين واكنش يعني باريم كلريد و آهن (III) نيترات ، نمك خوانده ميشوند. نمكها، مواد يونياند كه كاتيون آنها از بازها و آنيون آنها از اسيدها، ناشي شده اند.
براي هر دو واكنش خنثي شدن بالا، معادله يوني نتيجه به قرار زير است:

كه به صورت زير هم نوشته ميشود.

اسيدها، بسته به ميزان تفكيكشان در آب، به اسيدهاي قوي با ضعيف طبقه بندي مي شوند (جدول ۱۳-۳ را ببينيد). يك اسيد قوي در محلول آبي، ۱۰۰ درصد تفكيك مي شود. اسيدهاي قوي معمولي عبارتند از HCl، HBr، HI، ۳HNO (تنها يونش اول H+)، ۴HClO و ۳HclO. اسديهاي معمولي ديگر، اسيد ضعيف هستند كه در محلول رقيق آبي، كمتر از ۱۰۰ درصد تفكيك ميشوند. براي مثال استيك اسيد (۲O3H2HC)، اسيدي ضعيف است.

در اين معادله، پيكان دوگانه نشانة آن است كه واكنش در هر دو جهت انجامپذير است. در يك محلول M1 استيك اسيد، با تفكيك ۴/۰% مولكولها به يون، موازنه واكنش برقرار ميشود.
تمام هيدروكسيدهاي فلزي محلول، بازهاي قوياند. اين امر بديهي است زيرا اين مواد، حتي پيش از حل شدن در آب نيز ۱۰۰% يونياند. از متداولترين بازهاي مولكولي، محلول آبي آمونياك را ميتوان نام برد.

در اين واكنش، مولكول آمونياك آب يك پروتون ميپذيرد و به يون آمونيوم نبديل ميشود و از آب، يك يون باقي ميماند. ولي اين واكنش، به ميزان تقريباً مشابه با استيك اسيد، برگشتپذير است.
اسيدهايي كه ميتوانند از هر مولكول، تنها يك پروتون از دست دهند (مانند HCl، ۲O3H2HC و ۳HNO) اسيدهاي تك پروتوني ناميده ميشوند. برخي اسيدها، ميتوانند از هر مولكول بيش از يك پروتون از دست دهند، اينها اسديهاي چندپروتوني ناميده ميشوند. مثلاً هر مولكول سولفوريك اسيد ميتواند دو پروتون از دست دهد:

اگر يك مولكول ، با يك مول NaOH تركيب شود، تنها يك پروتون خنثي ميشود.

نمك حاصل ، نمك اسيدي ناميده ميشود، زيرا داراي يك هيدروژن اسيدي است. اگر يك مول با مول تركيب شود، هر دو هيدروژن اسيدي خنثي ميشوند و نمك خنثي، ، به دست ميآيد.

نمك اسيدي را ميتوان با تركيب كرد تا نمك خنثي توليد شود.

از اين رو، نوع محصول خنثي شدن يك اسيد چند پروتوني، به مقدار اسيد و باز مصرف شده، بستگي دارد.
فسفريك اسيد، ۴PO3H، سه هيدروژن اسيدي دارد و ميتوان سه نوع نمك (دو نمك اسيدي و يك نمك خنثي) از آن به دست آورد.

– اكسيدهاي اسيدي و بازي
اكسيد فلزات، اكسيدهاي بازي ناميده ميشوند. اكسيد فلزات گروه I A و نيز اكسيد فلزات Ca، Sr و Ba با آب تركيب ميشوند و به هيدروكسيد تبديل ميگردند. تمام اين اكسيدها يونياند و به هنگام انحلال در آب، يون اكسيد با آب تركيب ميشود.

اكسيد ساير فلزات (و نيز هيدروكسيد آنها) در آب نامحلولاند. اما به هر حال، اين اكسيدها و هيدروكسيدها نيز از لحاظ شيميايي با هم ارتباط دارند. بيشتر هيدروكسيدها، (بجز هيدروكسيدهاي گروه I A) بر اثر گرم شدن، مولكول آب از دست داده، به اكسيد تبديل ميشوند.

اكسيدها و هيدروكسيدهاي فلزي، با اسيد خنثي ميشوند.

نامحلول (مانند بسياري اكسيدهاي فلزي ديگر) اگرچه با آب تركيب نميشود كه هيدروكسيد به وجود آورد، اما با اسيدها تركيب ميشود.

بيشتر اكسيدهاي نافلزات اكسيدهاي اسيدياند. بسياري از آنها با آب واكنش ميدهند و اكسي اسيد به وجود ميآورند:

در دو مورد آخر، هر دو اكسيد و و اسديهاي مربوط و همزمان در محلول آبي حضور دارند. برخي اكسيدهاي نافلزي (مانند و CO)، اسيد مربوط ندارند.
اكسيدهاي نافلزي، بازها را خنثي ميكنند. محصولاتي كه از اكسيد اسيدي به دست ميآيند با محصولاتي كه از واكنش اسيد مربوط به دست ميآيند، يكي است.

ملاط ماسه آهك را از تركيبات آهك آبديده و شن و آب ميسازند. سختي ابتدايي اين ملاط، از خشك شدن ناشي ميشود. ولي در درازمدت، گيرش ملاط، ناشي از جذب از هوا و به وجود آوردن نامحلول است.

برخي اكسيدها، هم خواص اسيدي و هم خواص بازي دارند (۳O2Al و ZnO از آن جملهاند). اين گونه اكسيدها، اكسيد آمفوتر يا دوخصلتي ناميده مي شوند و به طور عمده از عناصر واقع در وسط جدول تناوبياند كه در مرز بين فلزات و نافلزات قرار ميگيرند:

اكسيدهاي بازي و اسيدي مستقيماً با هم تركيب ميشوند و بسياري از اين واكنشها، اهميت صنعتي دارند. در توليد چدن خام (بخش ۲۵-۶ را ببينيد)،
۳CaCO (سنگ آهك) به عنوان گدازآور به كار مي رود. در دماي بالاي كوره بلند، ۳CaCO به ۲CO و CaO تجزيه ميشود. CaO كه يك اكسيد بازي است با ۲SiO، كه اكسيد اسيدي موجود در كانه آهن است، تركيب مي شود و سرباره (۳CaSiO) به وجود مي آورد به اين ترتيب ۲SiO ناخواسته، از محيط عمل خارج ميشود.

بدنه كوره زيمنس – مارتين، كه براي توليد فولاد از چدن خام مورد استفاده قرار ميگيرد، از آجرهاي نسوز آهكي (CaO) يا منيزيتي (MgO) پوشانده ميشود. اين اكسيدهاي بازي از طريق تركيب شدن با اكسيدهاي اسيدي گوگرد، فسفر و سيليسيم اين ناخالصيها را از فولاد جدا كرده و به خالصسازي فولاد كمك ميكنند.
شيشه از تركيب اكسيدهاي متفاوت اسيدي و بازي به دست ميايد. شيشه معمولي از سيليس (۲SiO) آهك (۳CaCO) و سودا (۳CO2Na) ساخته مي شود. در اين فرايند ۲SiO اكسيد اسيدي و CaO و O2Na اكسيدهاي بازياند و محصول، محلولي جامد از كلسيم و سديم سيليكات است.
گاهي، مقداري از اين اكسيدهاي اسيدي و بازي را با اكسيدهاي ديگر جانشين ميكنند. اگر به جاي مقداري از ۲SiO در شيشه معمولي بوريك اكسيد، ۳O2B، به كار ببريم، شيشه بوروسيليكات (كه يكي از نامهاي تجارتي آن پيركس است) به دست ميآيد. استفاده از PbO به جاي بخشي از اكسيدهاي بازي به توليد شيشه سربي ميانجامد. اين نوع شيشه در ساخت بلورهاي بسيار شفاف و عدسيهاي به كار گرفته مي شود. با استفاده از برخي اكسيدهاي بازي، شيشههاي رنگين توليد ميكنند. به عنوان نمونه ميتوان به FeO (سبز روشن)، ۳O2Cr (سبز تيره) و CoO (آبي) اشاره كرد.

نامگذاري اسيدها، هيدروكسيدها و نمكها
برخي اسيدهاي متداول در جدول ۱۳-۳ آورده شده اند. قواعد نامگذاري اين تركيبات و نمكهاي مشتق از آنها، به قرار زير است.
۱-محلولهاي آبي تركيبات دوتايي كه به عنوان اسيد عمل مي كنند، با افزودن پيشوند «هيدرو-» و پسوند «-يك» و افزودن «اسيد» نامگذاري ميشوند. به اين ترتيب محلولهاي هيدروژن كلريد، HCl، در آب هيدروكلريك اسيد؛ هيدرو.ژن سولفيد، S2H، در آب هيدروسوافوريك اسيد؛ هيدروژن فلوئوريئ HF، در آب هيدروفلوئوريك اسيد، ناميده ميشوند.

۲-هيدروكسيدهاي فلزي به روشي كه در بخش ۷-۸ گفته شد نامگذاري ميشوند.
۲Mg(OH)، منيزيم هيدروكسيد
۲Fe(OH)، آهن (II) هيدروكسيد يا فروكسيد است.
۳-به نام نمكهاي اسيدهاي دوتايي، پسوند «-يد» داده مي شود. اين نمكها طبق قواعدي كه در بخش ۷-۸ مورد بحث قرار گرفت، نامگذاري ميشوند.
۴-اسيدهاي سهتايي از سه عنصر تشكيل شدهاند. اگر عنصر سوم اكسيژن باشد، تركيب يك اكسي اسيد است.
الف)اگر عنصري تنها يك اكسي اسيد تشكيل دهد، براي نامگذاري آن، اسم عنصر را به «-يك» ختم ميكنيم، سپس لفظ اسيد را به دنبال آن ميآوريم.
۳BO3H، بوريك اسيد است.
ب) اگر عنصري دو نوع اكسي اسيد تشكيل دهد، پسوند «-و» را بريا اكسي اسيد عنصر، در حالت اكسايش پايينتر و پسوند «-يك» را بريا اكسي اسيد عنصر، در حالت اكسايش بالاتر، به كار ميبريم (جدول ۱۳-۳).
۲HNO، نيترواسيد است.
۳HNO، نيتريك اسيد است.
ج) براي برخي گروه اكسي اسيدهاي حاصل از يك عنصر، دو نوه نامگذاري نيست. نام اكسي اسيدهاي كلر را در جدول ۱۳-۳ ملاحظه كنيد. در اين موارد، پيشوند «هيپو» به نام اسيد داراي پسوند «-و» اضافه ميكنيم تا نشان دهيم كه اتم عنصر مركزي در پايينترين حالت اكسايش است.
۲HclO، كلرو اسيد است (كلر، عدد اكسايش +۳ دارد).

HclO، هيپوكلرواسيد است (كلر، عدد اكسايش +۱ دارد).
پيشوند «پر» به نام اسيد داراي پسوند «-يك» اضافه ميشوند تا بالاترين حالت اكسايش عنصر مركزي اكسي اسيد را نشان دهد.
۳HclO، كلريك اسيد است (كلر، عدد اكسايش +۵ دارد).
۴HclO، پركلريك اسيد است (كلر، عدد اكسايش +۷ دارد).
۵-نام آنيون نمكهاي خنثي، از نام اسيد مربوط به دست ميايد. به اين ترتيب كه پسوند «-يك» به «-ات» و پسوند «-و» به «-ديت» تبديل ميشود. تمام پسوندهاي اسيد، در نام نمك نيز تكرار ميگردد.
(از سولفوريك اسيد) يون سولفات است.
(از هيپوكلرواسيد) يون هيپوكلريت است.
نام خود نمك را با افزودن نام كاتيون پيش از نام آنيون، به دست ميآوريم.
۲NaNO، سديم نيتريت است.

۳(۴ClO)Fe آهن (III) پركلرات است.
۶-در نامگذاري يك نمك اسيدي، تعدادي هيدروژن اسيدي باقيمانده در آنيون بايد ذكر شود. معمولاً استفاده از پيشوند «مونو-» ضروري نيست و حذف ميشود.
، يون هيدروژن فسفات است.
، يون هيدروژن فسفات است.
، (آنيون نمك خنثي)، يون فسفات است.
در روش قديمي نامگذاري، در نام آنيون يك نمك اسيدي ناشي از يك اسيد دوپروتوني جاي لفظ هيدروژن، لفظ «بي» به كار برده مي شد:
يون هيدروژن كربنات يا بيكربنات است.
يون هيدروژن سولفيت يا بي سولفيت است.
– شکافت و گداخت
انرژی هسته ای، شکل اصلی دیگری از انرژی است که در داخل اتم قرار دارد . یکی از قوانین جهانی این است که انرژی نه تولید پذیر است و نه از بین رفتنی ، اما به شکلهای دیگر قابل تبدیل است.
ماده را می توان به انرژی تبدیل نمود. آلبرت انیشتن ، مشهورترین دانشمند جهان ، فرمول ریاضی خاصی را برای شرح این نظریه ارائه نموده است :
E = MC2

برطبق فرمول فوق انرژی (E) برابر است با جرم (m) ضربدر سرعت نور به توان دو .

لطفاً توجه داشته باشید که بعضی از نرم افزارهای وب قادر به نمایش توان روی شبکه نیستند. معمولاً مجذور C توسط قرار دادن عدد ۲ کوچک در بالا و سمت راست C نشان داده می شود.