Imoibriú aigéad–bunanna

Is imoibriú ceimiceach é imoibriú aigéad–bunanna a tharlaíonn idir aigéad agus bun. Is féidir é a úsáid chun pH a chinneadh. Soláthraíonn roinnt creataí teoiriciúla coincheapa malartacha ar na meicníochtaí imoibrithe agus a gcur i bhfeidhm chun fadhbanna a bhaineann leo a réiteach; tugtar na teoiricí aigéad le bunanna orthu seo, mar shampla, teoiric aigéad–bunanna Brønsted-Lowry.

Tagann a dtábhacht chun solais in anailís a dhéanamh ar imoibrithe aigéad–bunanna do speicis ghásacha nó leachtacha,  nó nuair a d’fhéadfadh carachtar aigéid nó buin a bheith níos lú follasaí. Chuir an ceimiceoir Francach  Antoine Lavoisier an chéad cheann de na coincheapa seo ar fáil, timpeall na bliana 1776.

Tá sé tábhachtach smaoineamh ar shamhlacha an  imoibrithe aigéad–bunanna mar theoiricí a chomhlánaíonn a chéile.  Mar shampla, tá an sainmhíniú is leithne ag samhail reatha Lewis ar cad is aigéad agus bun ann, agus teoiric Brønsted-Lowry mar fhothacar de na haigéid agus na bunanna, agus teoiric Arrhenius an ceann is sriantaí.

Sainmhínithe maidir le haigéid agus bunanna

Forbairt stairiúil
Mhol Guillaume-François Rouelle an coincheap d’aigéid agus de bhunanna den chéad uair sa bhliain 1754, a thug isteach an téarma base (Gaeilge:bun) sa cheimic, a chiallaíonn substaint a imoibríonn le haigéad chun foirm sholadach a thabhairt dó (mar shalann).

Teoiric ocsaigine Lavoisier maidir le haigéid

Chuir Lavoisier an chéad choincheap eolaíoch aigéad–bunanna ar fáil timpeall na bliana 1776. Ó tharla go raibh eolas Lavoisier ar aigéid láidre teoranta go príomha d’ocsaigéid, mar shampla HNO3 (an t-aigéad nítreach) agus H2SO4 (an t-aigéad sulfarach), a mbíonn adamh lárnach iontu i staideann ard-ocsaídithe timpeallaithe ag ocsaigin, agus ós rud é nach raibh sé ar an eolas faoi fhíor-chomhdhéanamh na n-aigéad hidreahaileach (HF, HCl, HBr, agus HI), shainigh sé aigéid i dtéarmaí a gcuid ocsaigine, a d’ainmnigh sé i ndáiríre ó fhocail Ghréagacha a chiallaíonn “ginteoir aigéid” (ón nGréigis οξυς (oxys) a chiallaíonn “aigéad” nó “géar” agus γεινομαι (geinomai) a chiallaíonn “gin”). Mhair sainmhíniú Lavoisier ar feadh breis agus 30 bliain, go dtí gur scaoileadh alt le Sir Humphry Davy amach sa bhliain 1810, agus ina dhiaidh sin a léachtaí inar chruthaigh sé go raibh easpa ocsaigine i H2S, H2Te, agus na haigéid hidreahaileacha. Mar sin féin, theip ar Davy teoiric nua a fhorbairt, ag teacht ar an gconclúid “nach bhfuil aigéadacht ag brath ar aon substaint bhunaidh ar leith, ach ar shocrú aisteach substaintí éagsúla”. (Béarla:  acidity does not depend upon any particular elementary substance, but upon peculiar arrangement of various substances.)   Chuir Jöns Jacob Berzelius modhnú suntasach amháin ar theoiric ocsaigine ar fáil, a dúirt gur ocsaídí neamhmhéadail iad aigéid agus gur ocsaídí miotail iad bunanna.

Teoiric hidrigine Liebig maidir le haigéid
Sa bhliain 1838, mhol Justus von Liebig gur comhdhúil ina bhfuil hidrigin ann é aigéad, ar féidir miotail a chur ina ionad.  Bhí an t-athsainmhíniú seo bunaithe ar a chuid oibre fairsinge ar chomhdhéanamh ceimiceach na n-aigéad orgánach, ag críochnú an athraithe fhoirceadlaigh ó aigéid ocsaigin-bhunaithe go haigéid hidrigine-bhunaithe a thosaigh Davy. D'fhan sainmhíniú Liebig, cé go raibh sé go hiomlán eimpíreach, in úsáid ar feadh beagnach 50 bliain go dtí gur glacadh le sainmhíniú Arrhenius.

Sainmhíniú Arrhenius 

Ba é Svante Arrhenius a cheap an chéad sainmhíniú nua-aimseartha ar aigéid agus bunanna i dtéarmaí móilíneacha. Teoiric hidrigine aigéid, a lean óna chuid oibre le Friedrich Wilhelm Ostwald. sa bhliain 1884, a  dheimhnigh go raibh iain ann i dtuaslagán uiscí. agus mar thoradh air sin fuair Arrhenius Duais Nobel sa Cheimic sa bhliain 1903.

De réir shainmhíniú Arrhenius ar aigéid agus bunanna:

 is aigéad í comhdhúil ar bith a dhíthiomsaíonn in uisce  chun (iain) higrigine H+ agus ainian a chruthú HX = H+ + X-.

Cuireann seo prótónáitiú an uisce i bhfeidhm, nó cruthú na hiain hiodróiniam (H 3 O+). Mar sin, sa lá atá inniu ann, léirítear an tsiombail H + mar gHearrscríobh  do H3 O+), mar is eol anois nach bhfuil prótón lom ann mar speiceas saor i dtuaslagán uiscí. Is bun í aon chomhdhúil a dhíthiomsaíonn in uisce chun ian hiodrocsaíde OH- agus caitian a chruthú, MOH = M+ + OH-  

Tá sainmhínithe Arrhenius ar aigéadacht agus alcaileacht teoranta do dhobharthuaslagáin, agus tagraíonn siad do thiúchan na n-ian sa tuaslagóir. De réir an tsainmhínithe seo, níl H2SO4 íon agus HCl tuaslagtha i dtolúéin aigéadach, agus níl NaOH leáite agus tuaslagáin d'aimíd chailciam in amóinia leachtach alcaileach. Mar thoradh air seo, forbraíodh teoiric Brønsted-Lowry agus teoiric Lewis ina dhiaidh sin chun cuntas a thabhairt ar na heisceachtaí neamhuiscí seo.

Ar an iomlán, chun cáiliú mar aigéad Arrhenius, nuair a thuaslagadh é in uisce, caithfidh an ceimiceán a bheith ina chúis, go díreach nó ar bhealach eile:
méadú ar an tiúchan hidriginiam uiscí, nó
laghdú ar an tiúchan hiodrocsaíde uiscí.

Os a choinne sin, chun cáiliú mar bhonn Arrhenius, nuair a thuaslagadh é in uisce, caithfidh an ceimiceán a bheith ina chúis, go díreach nó ar bhealach eile:
 don laghdú ar an tiúchan hidriginiam uiscí, nó
 don mhéadú ar an tiúchan hiodrocsaíde uiscí.

Tugtar imoibriú neodrúcháin ar imoibriú an aigéid le bun. Is salann agus uisce iad táirgí an imoibrithe seo.

 aigéad + bonn → salann + uisce

San léiriú traidisiúnta seo. cruthaítear imoibriú neodrúcháin aigéid agus bun mar imoibriú athsholáthair dúbailte. Mar shampla, táirgeann an t-imoibriúchán idir an t-aigéad hidreaclórach, HCl, le hiodrocsaíd sóidiam, NaOH, tuaslagán de chlóiríd sóidiam, NaCl, agus roinnt móilíní uisce sa bhreis.
HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O
Bhí an mionathraitheoir ceimiceach (aq) sa chothromóid seo intuigthe ag Arrhenius, seachas é a áireamh go follasach. Tugann sé le fios go dtuaslagtar na substaintí in uisce. Cé go bhfuil na trí shubstaint go léir, HCl, NaOH agus NaCl in ann a bheith ann mar chomhdhúile íona, i ndobharthuaslagáin tá siad díthiomsaithe go hiomlán sna hiain uiscithe H+, Cl-, Na+ agus OH-.

Sainmhíniú Brønsted–Lowry
 
Sa bhliain 1923 chuir Johannes Nicolaus Brønsted sa Danmhairg  agus Martin Lowry i Sasana  teoiric i bhfáth, as a stuaim féin, faoi aigéid agus bunanna .i. is aigéad é an speiceas a bhfuil claonadh ann chun prótón (H+) a chailliúint agus is bun é an speiceas a bhfuil claonadh ann chun prótón a ghlacadh.
Cuir i gcás, tá claonadh ag aigéad HA chun H+ a chailliúint ach tá claonadh freisin ag an ainian A- den aigéad chun prótón a ghlacadh mar is léir ón gcothromaíocht seo a leanas:
 HA (aigéad) ⇌  H++ A-(bun)

Uime sin, is bun é A-, de réir Bhrønsted–Lowry. In allagar na ceimice tugtar an bun comhchuingeach den aigéad HA ar A-.
Cuirtear an sainmhíniú in iúl i dtéarmaí shlonn cothromaíochta;
 aigéad + bun ⇌ bun comhchuingeach + aigéad comhchuingeach.

Ní hé an prótón lom H+ a bhíonn in uisce ach an speiceas H2OH+ nó H3O+

Sainmhíniú Lewis
Bhain, sainmhíniú Lewis d'imoibriú aigéad–bunanna, ar siúl riachtanas na hidrigine de réir Arrhenius agus Brønsted-Lowry, a cheap Gilbert N. Lewis sa bhliain 1923, sa bhliain chéanna le Brønsted-Lowry, ach níor fhorbair sé é a thuilleadh go dtí 1938. In ionad imoibrithe aigéad–bunanna a shainiú i dtéarmaí prótón nó substaintí nasctha eile, sainmhíníonn sainmhíniú Lewis bun (dá ngairtear bun Lewis) mar chomhdhúil atá in ann leictreondís a dheonú, agus aigéad (dá ngairtear aigéad Lewis) mar chomhdhúil atá in ann an leictreondís seo a fháil. 

Mar shampla, is aigéad Lewis tipiciúil é trífhluairíd bóráin, BF3. Féadann sé glacadh le leictreondís mar tá folúntas ina ochtréad. Tá ochtréad iomlán ag an ian fluairíde agus is féidir leis leictreondís a dheonú. Mar sin;

 BF3 + F- → BF<sup>-</sup/>4

Sainmhíniú chóras tuaslagóra 
Ceann de theorainneacha shainmhíniú Arrhenius is ea a spleáchas ar thuaslagáin uisce-bhunaithe. Rinne Edward Curtis Franklin staidéar ar na himoibrithe aigéad-bunanna in amóinia leachtach sa bhliain 1905, agus chuir sé in iúl na cosúlachtaí le teoiric Arrhenius uisce-bhunaithe. D'oibrigh Albert F.O. Germann le foisgéin leachtach, COCl
2, agus rinne sé amach teoiric a bhí tuaslagóirbhunaithe  sa bhliain 1925, agus ar an gcaoi sin sainmhíniú Arrhenius a ghinearálú chun tuaslagóirí neamhphrótónacha a chumhdach..

Sainmhíniú Lux–Flood 
Athbheochan ar theoiric ocsaigine aigéid-bunanna ab ea an teoiric aigéid-bunanna seo, a mhol an ceimiceoir Gearmánach Hermann Lux  sa bhliain 1939. Thart ar 1947, chuir Håkon Flood tuilleadh chun cinn, agus úsáidtear é go fóill sa gheoiceimic agus i leictriceimic  na salainn leáite. Cuireann an sainmhíniú seo síos ar ar aigéad mar ghlacóir ian ocsaíde (O 2−) ar bhun mar dheontóir ian ocsaíde. Mar shampla:

 MgO (bun) + CO2(aigéad) → MgCO3
 CaO (bun) + SiO2(aigéad) → CaSiO3
 NO3-(bun) + S2O7 2-(aigéad) → NO2+ +2 SO 42-

Tá an teoiric seo úsáideach freisin maidir le córasú imoibriúcháin comhdhúile na dtriathghás, go háirithe na ocsaídí xeanón, fluairídí, agus ocsófhluairídí.

Tagairtí

Naisc sheachtracha
4.5 COTHROMAÍOCHTAÍ AIGÉAD-BUNANNA.  
Brønsted-Lowry acids and bases.

Tagairtí 

Ceimic
Aigéid
Ceimic aigéad–bunanna