الأمفوتيرية
في الكيمياء ، المركب المذبذب ( من اليونانية amphoteros بمعنى " كلاهما " ) هو جزيء أو أيون يمكنه التفاعل كحمض وكقاعدة . [ 1 ] ويعتمد المعنى الدقيق لهذا المصطلح على تعريفات الأحماض والقواعد المستخدمة.
أصل الكلمات والمصطلحات
كلمة "أمفوتيري" مشتقة من الكلمة اليونانية " أمفوتيروي " ( ἀμφότεροι ) التي تعني "كلاهما". ومن الكلمات ذات الصلة في كيمياء الأحماض والقواعد "أمفيكروماتيك" و "أمفيكرويك" ، وكلاهما يصف مواد مثل مؤشرات الأحماض والقواعد التي تعطي لونًا عند تفاعلها مع حمض ولونًا آخر عند تفاعلها مع قاعدة. [ 2 ]
التماثل المزدوج
تُظهر المركبات ذات الخصائص الحمضية والقاعدية وفقًا لنظرية برونستد خاصية التجاذب بين البروتونات والبروتونات. [ 3 ] ومن الأمثلة البارزة على ذلك الماء (H₂O ). يمكن للجزيئات المتجاذبة بين البروتونات أن تمنح أو تستقبل بروتونًا ( H⁺ ) . تُعد الأحماض الأمينية ( والبروتينات ) جزيئات متجاذبة بين البروتونات نظرًا لاحتوائها على مجموعتي الأمين ( -NH₂ ) والكربوكسيل ( -COOH ).
الأمفوليتات
الأمفوليتات هي أيونات ثنائية القطب [ 4 ] - جزيئات أو أيونات تحتوي على مجموعات وظيفية حمضية وقاعدية . الأحماض الأمينية H₂N - RCH- CO₂H تحتوي على مجموعة قاعدية -NH₂ ومجموعة حمضية -COOH . غالبًا ما توجد هذه الأنواع على هيئة عدة تراكيب في حالة توازن كيميائي .
- H₂N − CRH −CO₂H + H₂O ⇌ H₂N − CRH − COO⁻ + H₃O⁺ ⇌ H₃N⁺ − CRH − COOH + HO⁻ ⇌ H₃N⁺ − CRH − COO⁻ + H₂O
في محلول مائي متعادل تقريبًا (الأس الهيدروجيني ≈ 7)، تكون مجموعة الأمين القاعدية مُبرتنة في الغالب، بينما يكون حمض الكربوكسيل منزوع البروتون في الغالب، بحيث يكون النوع السائد هو الأيون ثنائي القطب H₃N⁺ - RCH-COO⁻ . يُعرف الأس الهيدروجيني الذي تكون عنده الشحنة المتوسطة صفرًا بنقطة التعادل الكهربائي للجزيء. تُستخدم الأمفوليتات لإنشاء تدرج ثابت في الأس الهيدروجيني لاستخدامه في التركيز الكهربائي .
تُعرف أكاسيد المعادن التي تتفاعل مع الأحماض والقواعد لإنتاج الأملاح والماء بالأكاسيد المترددة. تُشكّل العديد من المعادن (مثل الزنك والقصدير والرصاص والألومنيوم والبريليوم) أكاسيد أو هيدروكسيدات مترددة. يُعدّ أكسيد الألومنيوم ( Al₂O₃ ) مثالًا على الأكاسيد المترددة . وتعتمد خاصية التردد على حالة أكسدة الأكسيد. تشمل الأكاسيد المترددة أكسيد الرصاص (II) وأكسيد الزنك ، من بين العديد من الأكاسيد الأخرى . [ 5 ]
حساب الرقم الهيدروجيني
يُعطى الرقم الهيدروجيني لمحلول مادة مذبذبة HA بالصيغة التالية: حيث يمثل K1 و K2 ثوابت تفكك الحمض لـ H2A + و A- على التوالي . عادةً،وهو يساوي تقريبًا التركيز الرسمي لحمض الهيالورونيك، وبالتالي فإن الصيغة عادة ما تُكتب على النحو التالي: في معظم الحالات،ووبالتالي، تُبسط الصيغة إلى: أو
![{\displaystyle [H^{+}]={\sqrt {\frac {K_{1}K_{2}[HA]+K_{w}K_{1}}{[HA]+K_{1}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/96e83b6a1b970c5abbb8a41a948b53c8c9f9f70a)
![{\displaystyle [HA]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a1646b8f8c237ac56e8643544bc6037900110ad5)
![{\displaystyle [H^{+}]={\sqrt {\frac {K_{1}K_{2}F+K_{w}K_{1}}{F+K_{1}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2ba35c464ac81b598498985fc21fbb56eec80eeb)
![{\displaystyle [H^{+}]={\sqrt {K_{1}K_{2}}},}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/10459f6b54faa4b194154956ebdce14fca495f87)
الجزيئات ذات الخاصية المزدوجة
وفقًا لنظرية برونستد-لوري للأحماض والقواعد ، تُعتبر الأحماض مانحة للبروتونات، بينما تُعتبر القواعد مستقبلة لها. [ 6 ] يمكن للجزيء (أو الأيون) المذبذب أن يمنح أو يستقبل بروتونًا ، وبالتالي يتصرف كحمض أو قاعدة . الماء ، والأحماض الأمينية ، وأيون البيكربونات ( HCO₃⁻ ) ، وأيون ثنائي هيدروجين الفوسفات ( H₂PO₄⁻ ) ، وأيون كبريتات الهيدروجين ( HSO₄⁻ ) أمثلة شائعة على الأنواع المذبذبة. ولأنها قادرة على منح بروتون، فإن جميع المواد المذبذبة تحتوي على ذرة هيدروجين. كما أنها، نظرًا لقدرتها على التصرف كحمض أو قاعدة، تُعتبر مواد مذبذبة.
أمثلة
جزيء الماء مذبذب في المحلول المائي . يمكنه إما اكتساب بروتون لتكوين أيون الهيدرونيوم H3O + ، أو فقدان بروتون لتكوين أيون الهيدروكسيد OH- . [ 7 ]
ثمة احتمال آخر يتمثل في تفاعل التأين الذاتي الجزيئي بين جزيئين من الماء، حيث يعمل أحد جزيئات الماء كحمض والآخر كقاعدة.
- ح 2 O + H 2 O ⇌ H 3 O + + H O −
أيون البيكربونات ، HCO − 3 ، هو أيون مذبذب لأنه يمكن أن يعمل كحمض أو قاعدة:
- كحمض ، يفقد بروتونًا : HCO₃⁻ + OH⁻ ⇌ CO₂⁻ + H₂O
- كقاعدة، تستقبل بروتونًا: HCO − 3 + H + ⇌ H 2 CO 3
ملاحظة: في المحلول المائي المخفف ، يكون تكوين أيون الهيدرونيوم ، H3O + (aq) ، كاملاً بشكل فعال، بحيث يمكن تجاهل تميؤ البروتون فيما يتعلق بالتوازن.
من الأمثلة الأخرى على الأحماض غير العضوية متعددة البروتونات أنيونات حمض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك وكبريتيد الهيدروجين التي فقدت بروتونًا واحدًا أو أكثر. وفي الكيمياء العضوية والكيمياء الحيوية، تشمل الأمثلة المهمة الأحماض الأمينية ومشتقات حمض الستريك .
على الرغم من أن النوع البرمائي يجب أن يكون مذبذبًا، إلا أن العكس ليس صحيحًا. على سبيل المثال، أكسيد فلز مثل أكسيد الزنك (ZnO) لا يحتوي على الهيدروجين، وبالتالي لا يمكنه منح بروتون. ومع ذلك، يمكنه أن يتصرف كحمض من خلال التفاعل مع أيون الهيدروكسيد، وهو قاعدة.
- ZnO + 2 OH − + H 2 O → [ Zn(OH) 4 ] 2−
يمكن لأكسيد الزنك أن يعمل أيضاً كقاعدة:
- ZnO + 2H + + 5 H2O → [ Zn ( H2O ) 6 ] 2+
الأكاسيد
يتفاعل أكسيد الزنك (ZnO) مع كل من الأحماض والقواعد:
![{\displaystyle {\mathrm {ZnO} {}+{}{\overset {\mathrm {acid}} {\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {ZnSO} {\vphantom {A}} _ {\smash[{t}]{4}}{}+ {}\mathrm {H} {\vphantom {A}} _ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2d981ac6a4b41454e3f5b38b0a62c43635eff6ee)
![// {A}} _ {\smash[{t}]{2}}[\mathrm {Zn} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{4}}]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/74d5e71e7aa587b8ad69bae31011b80e0602d67d)
يمكن استخدام هذا التفاعل لفصل الكاتيونات المختلفة ، على سبيل المثال الزنك (II)، الذي يذوب في القاعدة، عن المنغنيز (II)، الذي لا يذوب في القاعدة.
أكسيد الرصاص (PbO):
![{\displaystyle {\mathrm {PbO} {}+{}{\overset {\mathrm {acid}} {2\,\mathrm {HCl} }}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {PbCl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+ {}\mathrm {H} {\vphantom {A}} _ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/546656e2efa2aac089ddba8c542400be572ec0f9)
![$$ {A}} _ {\smash[{t}]{2}}[\mathrm {Pb} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{4}}]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c001caa2a110a3c0147e56ddd1f35ee72f165a79)
أكسيد الرصاص ( PbO 2 ):
![// {A}} _ {\smash[{t}]{4}}{}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4d668f5b2e4fe83d79c2fafbe067c4c98b4d59a4)
أكسيد الألومنيوم ( Al2O3 ) :
- ( ألومينات الصوديوم المائية )
![// {}2\,\mathrm {AlCl} {\vphantom {A}} _ {\smash[{t}]{3}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}} _ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/41536970cc12fe55c75c79661452345934e55eb7)
![// {A}} _ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {Na} [\mathrm {Al} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}} _ {\smash[{t}]{4}}]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/52faa63ad997f8e39e8c92ff46e09231931eef7f)
أكسيد القصدير (SnO):
![{\displaystyle {\mathrm {SnO} {}+{}{\overset {\mathrm {acid}} {2\,\mathrm {HCl} }}{}\mathrel {\longrightleftharpoons } {}\mathrm {SnCl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}} _ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8638b61b148fb5d837fad67bfe3e6c4700c076ba)
![// {\vphantom {A}} _ {\smash[{t}]{4}}[\mathrm {Sn} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{6}}]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/feddbd538fb383094e3326036fb28e4dce1a49a5)
أكسيد القصدير ( SnO 2 ):
![$$ {A}} _ {\smash[{t}]{4}}{}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/974c87e0d1cf2e83ed9d40ffe1fbd02f398e0ead)
ثاني أكسيد الفاناديوم ( VO2 ):
![$$ {A}} _ {\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a7e7341ca6813c01f9614e2c2da762dbd361dade)
![// {A}} _ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {V} {\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{4}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{9}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {يا} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/383c7f8a0bf6b51552dee63790434a10593cc987)
بعض العناصر الأخرى التي تشكل أكاسيد مذبذبة هي الغاليوم ، والإنديوم ، والسكانديوم ، والتيتانيوم ، والزركونيوم ، والكروم ، والحديد ، والكوبالت ، والنحاس ، والفضة ، والذهب ، والجرمانيوم ، والأنتيمون ، والبزموت ، والبريليوم ، والتيلوريوم .
الهيدروكسيدات
هيدروكسيد الألومنيوم هو أيضًا مادة مذبذبة:
![$$ {A}} _ {\smash[{t}]{3}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ef49086bafba5bed888eab6b36f82d66fa4cee22)
![$$ {A}} _ {\smash[{t}]{4}}]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ebb780f8d6860f968905cbd920bc01c440e89871)
![$$ {A}} _ {\smash[{t}]{2}}{}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/304ae95a11abc80e57fafeb77b6e612c23e0f8c8)
![// {A}} _ {\smash[{t}]{2}}[\mathrm {Be} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4388f2a51153ed3bd4a24476718747dd0c696c72)
![// {A}} _ {\smash[{t}]{3}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d34409b63dc7b99d379cdfd65cdf87909b3c0334)
![// {A}} _ {\smash[{t}]{4}}]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/74a02400ad1ab9ffdca353a101376bc81c8617a7)
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " مذبذب ". doi : 10.1351/goldbook.A00306
- ↑ قاموس بنجوين العلمي 1994، كتب بنجوين
- ↑ "مذيب أمفوتيري" . موسوعة المصطلحات الكيميائية للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية . 2008. doi : 10.1351/goldbook.A00304 .
- ↑ "الأمفوليتات" . أمفوليت . 2014. doi : 10.1351/goldbook.A00305 .
- ↑ هاوسكروفت، سي إي؛ شارب، إيه جي (2004). الكيمياء غير العضوية ( الطبعة الثانية). برنتيس هول. الصفحات 173-174 . ISBN 978-0-13-039913-7.
- ↑ بيتروتشي، رالف هـ.؛ هاروود، ويليام س.؛ هيرينغ، ف. جيفري (2002). الكيمياء العامة: المبادئ والتطبيقات الحديثة ( الطبعة الثامنة). أبر سادل ريفر، نيوجيرسي: برنتيس هول. ص 669. ISBN 978-0-13-014329-7LCCN 2001032331 . OCLC 46872308 .
- ↑ سكوج، دوغلاس أ.؛ ويست، دونالد م.؛ هولر، ف. جيمس؛ كراوتش، ستانلي ر. (2014). أساسيات الكيمياء التحليلية ( الطبعة التاسعة). بلمونت، كاليفورنيا. ص 200. ISBN 978-0-495-55828-6. OCLC 824171785 .
{{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط ) - ↑ CHEMIX School & Lab - برنامج لتعليم الكيمياء، من تأليف آرني ستاندنس (يلزم تنزيل البرنامج)
- المركبات المذبذبة
- كيمياء الأحماض والقواعد
- الخواص الكيميائية
- الكيمياء العامة