اسیدها و بازها در مطالعه شیمی اساسی هستند. واکنش‌های بین این دو سریع و گرمازا هستند، به این معنی که گرما را آزاد می‌کنند که آن‌ها را قابل اندازه‌گیری و مشاهده می‌کند. حتی بدون ابزار دقیق، می توانید به راحتی تخمین بزنید که آیا یک واکنش به نقطه اشباع خود رسیده است یا خیر.

اسیدها و بازها متضاد قطبی یکدیگر هستند، اما مکمل هم هستند. بنابراین، واکنش های آنها نیز به عنوان شناخته شده است واکنش های خنثی سازی (بیشتر در مورد موارد زیر). این مواد بخشی از یک زنجیره هستند که می توان آنها را به روش های مختلف اندازه گیری کرد، مانند استفاده مقیاس pH و محاسبه برای ثابت های تفکیک (pKa و pKb).

بسیاری از فرآیندهای صنعتی، مانند ساخت داروها، شامل استفاده از اسیدها و بازها در سنتز طیف وسیعی از مواد شیمیایی معدنی و آلی است. به همین ترتیب، بسیاری از مواد، مانند الیاف پلیمری، بدون اسید و باز امکان‌پذیر نیستند.

نحوه شناسایی اسیدها و بازها

بر اساس نظریه برونستد-لوری از اسیدها و بازها، یک باز گیرنده پروتون است در حالی که اسید یک دهنده پروتون است. این اصل در واکنش‌های اسید-باز آشکار می‌شود، جایی که «پروتون» در واقع یک اتم یا یون هیدروژن است. این امر شناسایی اسیدها و بازها را بر اساس فرمول شیمیایی آنها بسیار آسان می کند.

فرمول شیمیایی اسیدها معمولاً H (هیدروژن) در انتهای سمت چپ فرمول دارد. در اینجا برخی از نمونه هایی از اسیدهای قوی و فرمول شیمیایی مربوطه آنها:

• اسید پرکلریک: HClO₄
• اسید کلریدریک: HCl
• اسید نیتریک: HNO₃
• اسید سولفوریک: H₂بنابراین₄

در همین حال، فرمول های شیمیایی بازها دارای -OH (هیدروکسیل) در انتهای فرمول هستند. با این حال، توجه به این نکته مهم است که الکل ها و سایر مواد شیمیایی نیز دارای گروه های هیدروکسیل هستند. تفاوت اصلی این است که هیدروکسیل به کدام گروه عاملی متصل است. به عنوان مثال، الکل ها دارای گروه ها یا زنجیره های آلکیل R هستند. در اینجا برخی از نمونه هایی از پایه ها:

• هیدروکسید پتاسیم: KOH
• هیدروکسید سدیم: NaOH
• هیدروکسید باریم: Ba(OH)₂
• هیدروکسید کلسیم: Ca(OH)₂

همانطور که از مثال های بالا می بینید، تعمیم های H- و -OH عمدتاً برای اسیدها و بازهای معدنی قابل استفاده است. اما در مورد اسیدها و بازهای آلی این تغییر می کند.

رایج ترین اسیدهای آلی نامیده می شوند اسیدهای کربوکسیلیکو اسیدیته آنها به دلیل گروه کربوکسیل آنها (-COOH) است. اسیدهای سولفونیک دسته رایج دیگری از اسیدهای آلی هستند. آنها حاوی گروه -SO2OH هستند. در حالی که الکل ها دارای یک گروه –OH هستند، اسیدهای بسیار ضعیفی در نظر گرفته می شوند.

از نظر شیمیایی، اسیدهای آلی هنوز پروتون یا یون هیدروژن اهدا می کنند. تصویر زیر هیدروژن های اسیدی موجود در اسیدهای کربوکسیلیک و اسیدهای سولفونیک را نشان می دهد:

به طور مشابه، بازهای آلی همچنان به عنوان گیرنده پروتون عمل می کنند، اگرچه کمی پیچیده تر از بازهای معدنی هستند. نمونه ای از یک پایه آلی است پیریدینیک ترکیب آلی هتروسیکلیک پایه. این یک مایع بسیار قابل اشتعال است که در آب محلول است و عمدتاً به عنوان یک مایع استفاده می شود آفت کش. دارای ساختار مولکولی زیر است:

واکنش خنثی سازی چیست؟

هنگامی که اسید و باز واکنش می دهند، نمکی را تشکیل می دهند که بسته به واکنش دهنده ها می تواند آلی یا معدنی باشد. واکنش اسید-باز معمولاً a نامیده می شود واکنش خنثی سازی زیرا سطح pH محصول نهایی و محلول خنثی است (به شرطی که واکنش کامل باشد و اسید یا باز در محلول باقی نماند). با این حال، در بسیاری از واکنش‌ها، که غلظت آن ناشناخته است، مقداری اسید یا باز می‌تواند همچنان وجود داشته باشد.

به طور کلی، واکنش های اسید-باز شامل تبادل یا انتقال یون های هیدروژن است. در یک محلول اسیدی آبی، یون های هیدروژن معمولاً به صورت H وجود ندارند⁺ یون ها در عوض، آنها به صورت یون هیدرونیوم (H₃O⁺). در بیشتر موارد، واکنش شامل یک اسید و یک باز است.

با این حال، در حالی که این نوع واکنش به طور کلی شامل انتقال یون های هیدروژن است، برخی استثناها وجود دارد. به عنوان مثال، رفتار شیمیایی مشابه کلرید آلومینیوم (AlCl₃) و یون نقره Ag+ شبیه واکنش های اسید-باز است، اما بدون انتقال یون هیدروژن.

در برخی موارد، واکنش می تواند بین یک گونه شیمیایی خنثی و یک اسید باشد، مانند واکنش بین آب و اسید استیک. همچنین می تواند بین یون های باردار الکتریکی مانند آمونیوم و هیدروکسید یا کربنات باشد.

در اینجا چند دسته از واکنش های خنثی سازی وجود دارد:

واکنش بین یک باز و یک اسید همیشه گرمازا است، یعنی گرما آزاد می کند. گاهی اوقات، حتی می تواند انفجاری باشد. واکنش بین هیدروکسیدهای فلزی و اسیدها باعث تولید نمک و آب می شود. واکنش شیمیایی تعمیم یافته را می توان به صورت زیر نوشت:

هیدروکسید فلز + اسید → یک نمک + آب

رایج ترین نمونه از این واکنش خنثی سازی، واکنش بین هیدروکسید سدیم و اسید هیدروکلریک است. این باعث تولید آب و کلرید سدیم یا نمک خوراکی می شود:

NaOH + HCl → H₂O + NaCl

اکسیدهای فلزی هنگام واکنش با اسیدها به عنوان جانشین باز عمل می کنند. واکنش دهنده ها نمک و آب را به عنوان محصولات جانبی تشکیل می دهند. واکنش شیمیایی تعمیم یافته در زیر نشان داده شده است:

اکسید فلز + اسید → یک نمک + آب

نوع نمک تولید شده به ترکیبات شیمیایی اکسید فلز و اسید بستگی دارد.

ترکیبات کربناتی حاوی یون های کربنات (CO²/₃^–) که بیشتر در آب نامحلول هستند. این ترکیبات توسط اسیدها خنثی می شوند و محصولات جانبی نمک، آب و گاز دی اکسید کربن را تشکیل می دهند. معادله شیمیایی تعمیم یافته را می توان به صورت زیر نوشت:

کربنات فلز + اسید → نمک + آب + دی اکسید کربن

نمونه ای از این نوع واکنش، واکنش بین کربنات مس و اسید نیتریک است که نیترات مس، آب و دی اکسید کربن تولید می کند، مانند شکل زیر:

CuCO₃ + 2HNO₃ → مس (NO₃)₂ + اچ₂O + CO₂

کاربردهای واکنش های خنثی سازی چیست؟

واکنش های خنثی سازی در طبیعت رخ می دهد – حتی برخی از فرآیندهای فیزیولوژیکی یا متابولیک شامل واکنش های خنثی سازی هستند. اما کاربردهای صنعتی و کشاورزی متعددی نیز دارند. به عنوان مثال، کشاورزان برای قرن ها از آهک یا اکسید کلسیم به عنوان وسیله ای برای خنثی کردن خاک های اسیدی استفاده کرده اند.

از نظر پزشکی، ما از آنتی اسیدهایی که دارای ترکیبات اساسی مانند هیدروکسید منیزیم هستند، به عنوان یک ماده فعال برای درمان هیپر اسیدیته استفاده می کنیم. همچنین می‌توانید نیش زنبور را با بیکینگ پودر که حاوی ترکیب پایه سدیم هیدروژن کربنات است که می‌تواند نیش اسیدی زنبور را خنثی کند، درمان کنید.