اسید

تیز آب یا اسید (به زبان لاتین acidus به معنای ترش) ماده‌ای شیمیایی است که مشخصه‌های محلول‌های آبی آن مزه ترش، توانایی تغییر رنگ تورنسل آبی به قرمز، و نیز توانایی واکنش با بازها و بعضی فلزات ویژه (همچون کلسیم) و تشکیل نمک هستند. محلول‌های آبی اسیدی دارای پی‌اچ کمتر از ۷ هستند. پی‌اچ پایین به معنای اسیدی بودن بیشتر و غلظت بالاتر یون‌های مثبت هیدروژن است. محلول‌ها یا مواد شیمیایی را که ویژگی‌های اسیدمانند داشته باشند اسیدی می‌خوانند.
تعریف قدیمی
اسیدها موادی ترش مزه‌اند، خاصیت خورندگی دارند، شناساگرها را تغییر رنگ می‌دهند و بازها را خنثی می‌کنند.
لی بیگ :
اسید موادی هست که در ساختار خود هیدروژن یا هیدروژن‌هایی دارند که در واکنش با فلزها توسط یون‌های فلز جایگزین می‌شوند.
آرنیوس : اسیدها موادی هستند که ضمن حل شدن در آب یون +H (یون هیدروژن) آزاد می‌کنند. البته یون +H به صورت آزاد در آب وجود ندارد و به سرعت آبپوشی شده و تبدیل به یون هیدرونیوم (+H 3 O) می‌شود. بازها موادی هستند که ضمن حل شدن در آب یون -OH (یون هیدروکسید) آزاد می‌کنند. این تعریف فقط به موادی محدود می‌شود که در آب قابل حل باشند (یکی از اشکالات مدل اسیدی آرنیوس در همین است). نظریه آرنیوس در تصحیح و تکمیل نظریات آنتوان لاووازیه و سر همفری دیوی مطرح شد. قبل از سوانت آرنیوس و در حدود سال ۱۸۰۰ میلادی، اغلب شیمی‌دانان فرانسوی از جمله آنتوان لاووازیه، تصور می‌کردند که تمام اسیدها دارای اکسیژن هستند. این در حالی بود که اغلب شیمی دانان انگلیسی از جمله سر همفری دیوی اعتقاد داشتند که تمام اسیدها دارای هیدروژن هستند.
لوری-برونستد : اسید گونه‌ای است که در واکنش شیمیایی پروتون (یون+H) می‌دهد و باز گونه‌ای است که در واکنش شیمیایی پروتون (یون+H) می‌پذیرد. لوری و برونستد این تعریف را بیان کردند، که از آن بر خلاف تعریف آرنیوس می‌توان در محیط غیر آبی هم استفاده کرد.
لوییس : اسیدها موادی هستند که در واکنش‌های شیمیایی پیوند داتیو می‌پذیرند. بازها موادی هستند که در واکنش‌های شیمیایی پیوند داتیو می‌دهند. تعریف لوییس را با نظریه اوربیتال مولکولی هم می‌توان بیان کرد. به‌طور کلی، اسید می‌تواند یک جفت الکترون از بالاترین اوربیتال خالی در پایین اوربیتال خالی خود دریافت کند. این نظر را گیلبرت لوییس مطرح کرد. با اینکه این تعریف گسترده‌ترین تعریف است. تعریف لوری-برونستد کاربرد بیشتری دارد. با استفاده از این تعریف می‌توان میزان قدرت یک اسید را هم مشخص نمود. از این مفهوم در شیمی آلی هم استفاده می‌شود (مثلا در کربوکسیلیک اسید).
در مقابل، بازها موادی با مزه گس-تلخ هستند. حالتی مانند صابون در تماس با دست دارند، شناساگرها را تغییر رنگ می‌دهند و اسیدها را خنثی می‌کنند. اگر یک اسید و یک باز با هم واکنش بدهند آب و نمک تولید می‌شود (نمک‌ها خود از یک فلز و یک نافلز تشکیل شده‌اند).
نام‌گذاری
اسیدها بر اساس آنیون (نافلز)هایشان نام‌گذاری می‌شوند. پسوند یونی را حذف و با پسوندی جدید جایگزین می‌کنیم (گاهی اوقات پیشوند)، طبق جدول زیر. برای مثال، HCl دارای آنیون کلرید است، پس پسوند -ید را حذف گرده و به صورت هیدروکلریک اسید درمی‌آوریم. باید توجه داشت HCl در حالت گازی هیدروژن کلرید و در حالت محلول هیدروکلریک اسید خوانده می‌شود این قانون در مورد موارد مشابه نیز صادق است
اسیدهای معدنی ی بدون اکسیژن طبق دستور زیر نام‌گزاری می‌شوند.
هیدرو+نام نافلز+یک+اسید (مانند HCl هیدروکلریک اسید)
اسیدهای معدنی اکسیژن دار طبق دستور زیر نام‌گذاری می‌شوند:
نام نافلز+یک+اسید (مانند H 2 CO 3 کربنیک اسید)
اگر نا فلز با دو ظرفیت متفاوت دو اکسید متفاوت تولید کند، در اسیدی که ظرفیت نا فلز کمتر است با لفظ (و) و در اسیدی که ظرفیت نا فلز بیشتر است با لفظ (یک) خوانده می‌شود؛ مانند H 3 PO 3 فسفرو اسید و H 3 PO 4 فسفریک اسید.
اسیدهای آلی نیز طبق دستور زیر نام‌گزاری می‌شوند:
نام آلکان‌های هم کربن+وییک+اسید (مانند HCOOH متانوییک اسید)
پیشوند آنیون
پسوند آنیون
پیشوند اسید
پسوند اسید
مثال
پر
ات
پر
یک اسید
پرکلریک اسید (HClO ۴ )
ات
یک اسید
کلریک اسید (HClO ۳ )
یت
و اسید
کلرو اسید (HClO ۲ )
هیپو
یت
هیپو
و اسید
هیپوکلرو اسید (HClO)
ید
هیدرو
یک اسید
هیدروکلریک اسید (HCl)
خواص شیمیایی
واکنش اسیدها عموما به شکل HA H + + A − صورت بندی می‌شود، که HA نمایانگر اسید و A − نشانگر باز مزدوج است. جفتهای باز مزدوج در یک پروتون تفاوت دارند و افزودن یا کاستن (پروتون زائی و پروتون زدایی) یک p می‌تواند آن‌ها را به یکدیگر تبدیل کند.
باید توجه داشت که اسید می‌تواند عضو باردار و باز مزدوج می‌تواند ماده خنثی باشد که در آن صورت، شمای کلی واکنش به این قرار خواهد بود:
HA + H + + A.
در انحلال تعادلی میان اسید و باز مزدوج آن وجود دارد. ثابت تعادل(K) عبارت است از غلظت تعادل مولکول‌ها یا یونهای موجود در کروشه‌ها نمایانگر غلظت اند، برای نمونه یعنی غلظت H 2 O.
ثابت تفکیک اسید(K a ) در مورد واکنش‌های اسید-باز استفاده می‌شود. ارزش عددی K a برابر است با حاصل ضرب غلظت فرآورده‌ها تقسیم بر غلظت واکنش دهنده‌ها، در شرایطی که واکنش دهنده اسید(HA) است و فرآورده‌ها، باز مزدوج و H + هستند.
اسید قوی‌تر ثابت تفکیک بالاتری نسبت به اسید ضعیف‌تر دارد. نسبت یون‌های هیدروژن به اسید در اسید قویتر بالاتر خواهد بود. زیرا اسید قوی‌تر تمایل بیشتری به از دست دادن پروتون دارد. به دلیل آنکه بازه مقدارهای عددی ممکن برای K a مرتبه‌های بزرگی بیشتری را در بر می‌گیرد، عموما از pK a که ثابت مناسبتری است استفاده می‌شود، که فرمول آن عبارتست از:
pK a = -log 10 K a
اسیدهای قوی‌تر pK a کوچکتری نسبت به اسیدهای ضعیفتر دارد. pK a محلولهای آبی در ۲۵ درجه سلسیوس به‌طور تجربی اندازه‌گیری شده و در کتاب‌ها و منابع درسی درج می‌شود.
بین اسید (HA) و آب تعادل زیر برقرار می‌شود که آب به عنوان یک باز رفتار می‌کند:
HA(aq) H ۳ O + (aq) + A - (aq)
ثابت تفکیک اسیدی (یا ثابت تفکیک اسید) همان ثابت تعادل واکنش اسید (HA) و آب است:
اسیدهای قوی دارای مقدار بزرگی برای K a هستند (یعنی واکنش تعادلی به سمت راست پیشروی می‌کند و اسید تقریبا به‌طور کامل به H ۳ O + و A - تفکیک می‌شود).
اسیدهای ضعیف دارای مقدار کوچکی برای K a هستند (یعنی مقدار چشمگیری از HA و A − و مقداری متعادلی از H ۳ O + در انتهای واکنش باقی می‌ماند؛ اسید به‌طور جزئی واکنش می‌دهد). برای مثال K a برای استیک اسید برابر ۱٫۸ x 10 −۵ است. تمام اسیدهای آلی اسیدهای ضعیف هستند. نیتریک اسید، سولفوریک اسید، و پرکلریک اسید همه اسیدهای قوی هستند در حال که نیترو اسید و سولفورو اسید و هیپوکلرو اسید ضعیف هستند.
قدرت یک اسید را با ثابت تفکیک اسیدی (K a ) یا هم‌ارزش آن pK a می‌سنجند، (pK a = - log(K a )).
pH یک محلول معیاری برای تعیین غلظت هیدرونیوم است.
اسیدهای چندپروتونی
اسیدهای چندپروتونی ترکیب‌هایی هستند که دارای بیش از یک هیدروژن اسیدی هستند و به‌طور متوالی تفکیک می‌شوند.
اسیدهای تک پروتونی تنها یک واکنش تکفکیک دارند و فقط یک ثابت تفکیک اسید دارند:
HA(aq) + H ۲ O(l) H ۳ O + (aq) + A − (aq) K a
یک اسید دوپروتونی (در این جا آن را با H ۲ A نشان می‌دهیم) بسته به مقدار pH می‌تواند یک یا دو واکنش تکفکیک داشته باشد. هر واکنش یک ثابت تفکیک اسید دارد، K a1 و K a2 :
H ۲ A(aq) + H ۲ O(l) H ۳ O + (aq) + HA − (aq) K a1
HA − (aq) + H ۲ O(l) H ۳ O + (aq) + A ۲− (aq) K a2
ثابت تفکیک اولی همواره بیشتر از دومی است، یعنی K a1 > K a2 . برای مثال سولفوریک اسید (H ۲ SO ۴ ) می‌تواند یک پروتون بدهد و به آنیون بی‌سولفات (HSO ۴ − ) تبدیل شود. هنگامی که K a1 بسیاز بزرگ باشد، در این صورت می‌تواند دومین پروتون خود را بدهد و به آنیون سولفات (SO ۴ ۲− ) تبدیل شود. (SO ۴ ۲− ) هم مقدار متوسطی دارد. مقدار بزرگ K a1 در اولین تفکیک باعث می‌شود که سولفوریک اسید، اسیدی قوی باشد. همانند این، مقدار کوچک کربنیک اسید (H ۲ CO ۳ ) می‌تواند اولین پروتون را بدهد و به آنیون بی‌کربنات (HCO ۳ − ) تبدیل شود و دومین پروتون را بدهد و به کربنات (CO ۳ ۲− ) تبدیل شود. هر دو مقدار K a کوچک هستند اما داریم K a1 > K a2 .
یک اسید سه‌پروتونی (H ۳ A) می‌تواند یک یا دو یا سه پروتون بدهد و سه مقدار ثابت تفکیک برای آن وجود دارد، به‌طوری‌که K a1 > K a2 > K a3 >:
H ۳ A(aq) + H ۲ O(l) H ۳ O + (aq) + H ۲ A − (aq) K a1
H ۲ A − (aq) + H ۲ O(l) H ۳ O + (aq) + HA ۲− (aq) K a2
HA ۲− (aq) + H ۲ O(l) H ۳ O + (aq) + A ۳− (aq) K a3
یک مثال غیرآلی از اسید سه‌پروتونی فسفریک اسید (H ۳ PO ۴ ) است. تمام پروتون‌ها می‌توانند از دست داده شوند و به H ۲ PO ۴ − ، سپس HPO ۴ ۲− ، و در آخر PO ۴ ۳− تبدیل شود.
یک مثال آلی از اسید سه‌پروتونی اسید سیتریک است، که می‌توانند تمام پروتون‌های خود را بدهد و در انتها به یون سیترات تبدیل شود.
خنثی شدن
خنثی شدن واکنش میان مقادیر برابری اسید و باز است و به تولید نمک و آب می‌انجامد. برای مثال هیدروکلریک اسید و سدیم هیدروکسید، آب و سدیم کلرید را می‌دهند:
HCl(aq) + NaOH(aq) → H ۲ O(l) + NaCl(aq)
اسیدهای رایج
اسیدهای قوی
اسیدهای زیر جزو اسیدهای قوی محسوب می‌شوند و به‌طور کامل در آب یونش می‌یابند و تولید یون (+H 3 O) می‌کنند.
هیدروبرمیک اسید HBr
هیدروکلریک اسید HCl
هیدرویدیک اسید HI
نیتریک اسید HNO3
سولفوریک اسید H2SO4
پرکلریک اسید HClO4
کلریک اسید HClO3
اسیدهای ضعیف معدنی
بوریک اسید
کربنیک اسید
کلریک اسید
هیدروفلوریک اسید
فسفریک اسید
هیدروسولفوریک اسید
نیترو اسید
فسفرو اسید
هیدروسیانیک اسید
هیپو فسفرو اسید
اسیدهای ضعیف آلی
به‌طور کلی تمام اسیدهای آلی اسیدی ضعیف هستند. مانند:
استیک اسید
بنزوئیک اسید
بوتیریک اسید
سیتریک اسید
فرمیک اسید
لاکتیک اسید
مالئیک اسید
مندلیک اسید
اگزالیک اسید
پروپانوئیک اسید
پیروویک اسید
والریک اسید
نمک اسیدی
باز
نمک بازی
باران اسیدی