ആസിഡ് ബേസ് സിദ്ധാന്തം

ബ്രോൺസ്റ്റഡ് ലോറി ആസിഡ് ബേസ് സിദ്ധാന്തം      
1923 ൽ ജോഹന്നാസ് നിക്കോളാസ് ബ്രൺസ്റ്റെഡും തോമസ് മാർട്ടിൻ ലോറിയും സ്വതന്ത്രമായി നിർദ്ദേശിച്ച ആസിഡ്-ബേസ് പ്രതികരണ സിദ്ധാന്തമാണ് ബ്രൺസ്റ്റഡ്-ലോറി സിദ്ധാന്തം.  ഈ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന ആശയം, ഒരു ആസിഡും ബേസും പരസ്പരം പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ ആസിഡ് അതിന്റെ സംയോജിത ബേസും, ബേസ് അതിന്റെ സംയോജിത ആസിഡും ഉണ്ടാക്കുന്നു എന്നതാണ്. ഇതു ഒരു പ്രോട്ടോൺ കൈമാറ്റം ചെയ്യുന്നതിലൂടെയാണ്‌ (ഹൈഡ്രജൻ കാറ്റേഷൻ അല്ലെങ്കിൽ H +)സംഭവിക്കുന്നത്‌. അർഹീനിയസ് സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ പൊതുവൽക്കരണമാണ് ഈ സിദ്ധാന്തം.
  ആസിഡുകളുടെയും ബേസുകളുടെയും നിർവചനങ്ങൾ  
അർഹീനിയസ് സിദ്ധാന്തത്തിൽ, ആസിഡുകൾ  H + (ഹൈഡ്രജൻ അയോണുകൾ) നൽകുന്നതിന് ജലീയ ലായനിയിൽ വിഘടിക്കുന്ന പദാർത്ഥങ്ങളായി നിർവചിക്കപ്പെടുന്നു, അതേസമയം ബേസുകളെ  നിർവചിക്കുന്നത് ജലീയ ലായനിയിൽ വിഘടിച്ച് OH− (ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് അയോണുകൾ) നൽകുന്നു.
1923-ൽ ഫിസിക്കൽ കെമിസ്റ്റുകളായ ഡെൻമാർക്കിലെ ജോഹന്നാസ് നിക്കോളാസ് ബ്രൺസ്റ്റെഡും ഇംഗ്ലണ്ടിലെ തോമസ് മാർട്ടിൻ ലോറിയും സ്വതന്ത്രമായി അവരുടെ പേരുകൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന സിദ്ധാന്തം മുന്നോട്ടുവച്ചു.   ബ്രൺസ്റ്റെഡ്-ലോറി സിദ്ധാന്തത്തിൽ ആസിഡുകളും ബേസുകളും പരസ്പരം പ്രതികരിക്കുന്ന രീതി നിർവചിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് കൂടുതൽ സാമാന്യത നേടാൻ അനുവദിക്കുന്നു.  നിർവചനം ഒരു സന്തുലിത പദപ്രയോഗത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിലാണ് പ്രകടിപ്പിക്കുന്നത്.
ആസിഡ് + ബേസ് ⇌  സംയോജിത ബേസ് +  സംയോജിത ആസിഡ്.
 HA എന്ന ആസിഡ് ഉപയോഗിച്ച് സമവാക്യം പ്രതീകാത്മകമായി എഴുതാം:

HA + B <=> A- + HB +
HA + B <=> A- + HB +
 മുന്നോട്ടും പിന്നോട്ടും പോകുന്ന ദിശകളിൽ പ്രതിപ്രവർത്തനം(പൂരോപ്രവർത്തനവും പാശ്ചാത്പ്രവർത്തനവും )സംഭവിക്കാമെന്നതിനാൽ ⇌ എന്ന   സന്തുലിത ചിഹ്നം ഉപയോഗിക്കുന്നു.
 HA  എന്ന ആസിഡ് നഷ്ടപ്പെടും.
ഒരു പ്രോട്ടോൺ അതിന്റെ സംയോജിത ബേസായി മാറുന്നു, A−.  B, ബേസ് ഒരു പ്രോട്ടോൺ സ്വീകരിച്ച് അതിന്റെ സംയോജിത ആസിഡായ HB + ആകുന്നു.  മിക്ക ആസിഡ്-ബേസ് പ്രതികരണങ്ങളും വേഗതയുള്ളതിനാൽ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ ഘടകങ്ങൾ സാധാരണയായി പരസ്പരം ചലനാത്മക സന്തുലിതാവസ്ഥയിലായിരിക്കും.

  ജലീയ ലായനി  

   ഇനിപ്പറയുന്ന ആസിഡ്-ബേസ് പ്രതികരണം പരിഗണിക്കുക:

 CH3 COOH + H2O <=> CH3 COO ^ {-}+ H3O +

 അസറ്റിക് ആസിഡ്, CH3COOH, ഒരു ആസിഡാണ്, കാരണം ഇത് ഒരു പ്രോട്ടോൺ വെള്ളത്തിലേക്ക് (H2O) സംഭാവന ചെയ്യുകയും അതിന്റെ സംയോജിത ബേസ് അസറ്റേറ്റ് അയോൺ (CH3COO−)ൽ നിന്ന് ഒരു പ്രോട്ടോൺ സ്വീകരിച്ച് അതിന്റെ സംയോജിത ആസിഡായ ഹൈഡ്രോണിയം അയോൺ (H3O +) ആയി മാറുന്നു. 

 ആദ്യത്തെ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിലെ ബേസിന്റെ  സംയോജിത ആസിഡിനും ആസിഡിന്റെ സംയോജിത  ബേസിനും ഇടയിലുള്ള ഒരു ആസിഡ്-ബേസ് പ്രതികരണത്തിന്റെ വിപരീതവും ഒരു ആസിഡ്-ബേസ് പ്രതികരണമാണ്.  മുകളിലുള്ള ഉദാഹരണത്തിൽ, അസറ്റേറ്റ് വിപരീത പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനവും ഹൈഡ്രോണിയം അയോൺ ആസിഡും ആണ്.

 H3O ^ {+} + CH3 COO- <=> CH3 COOH + H2O
അർഹെനിയസ് സിദ്ധാന്തത്തിന്
വിപരീതമായി, വേർപെടുത്താൻ ഒരു ആസിഡ്ആവശ്യമില്ല എന്നതാണ് ബ്രൺസ്റ്റഡ്-ലോറി സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ ശക്തി.
 ആംഫോട്ടറിക് പദാർത്ഥം  
       ബ്രൺസ്റ്റെഡ്-ലോറി സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ സാരം, ഒരു ആസിഡ് നിലനിൽക്കുന്നത് ഒരു ബേസുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് മാത്രമാണ്, തിരിച്ചും.  ജലം ഒരു ആസിഡായി അല്ലെങ്കിൽ ബേസായി
പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്നതിനാൽ ആംഫോട്ടറിക് ആണ്.  വലതുവശത്ത് കാണിച്ചിരിക്കുന്ന ചിത്രത്തിൽ H2O യുടെ ഒരു തന്മാത്ര ഒരു ബേസായി പ്രവർത്തിക്കുകയും H + നെ H3O + ആക്കുകയും മറ്റൊന്ന് ആസിഡായി പ്രവർത്തിക്കുകയും H + നഷ്ടപ്പെടുകയും OH− ആകുകയും ചെയ്യുന്നു.

 അലുമിനിയം ഹൈഡ്രോക്സൈഡ്, Al (OH) 3 തുടങ്ങിയ പദാർത്ഥങ്ങളാണ് മറ്റൊരു ഉദാഹരണം നൽകുന്നത്.

Al (OH) 3 + OH- ⇔ Al(OH) ^ {-} ഒരു ആസിഡായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു {\ displaystyle {\ ce {3H + + Al (OH) 3  <=> 3H2O + Al ^ {3 +} (aq)}}} , ഒരു ബേസായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു

 ജലീയമല്ലാത്ത ലായനി  

            ഹൈഡ്രജൻ അയോൺ അഥവാ ഹൈഡ്രോണിയം അയോൺ ജലീയ ലായനികളിലെ ബ്രൺസ്റ്റെഡ്-ലോറി ആസിഡാണ്, സ്വയം വിച്ഛേദിക്കൽ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ ഫലമായി ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് അയോൺ ഒരു ബേസാണ്.

 H2O + H2O <=> H3O + + OH -

 ദ്രാവക അമോണിയയിൽ സമാനമായ ഒരു പ്രതികരണം സംഭവിക്കുന്നു

 NH3 + NH3 <=> NH4 + + NH2 ^ {-}
അങ്ങനെ, അമോണിയം അയോൺ, NH +
 4, ദ്രാവക അമോണിയയിലും വെള്ളത്തിലെ ഹൈഡ്രോണിയം അയോണും NH− എന്ന അമൈഡ് അയോണും വഹിക്കുന്ന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു
 2, ഹൈഡ്രോക്സൈഡ് അയോണിന് സമാനമാണ്.  അമോണിയം ലവണങ്ങൾ ആസിഡുകളായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, അമീഡുകൾ അടിസ്ഥാനങ്ങളായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. 
 ചില ജലീയമല്ലാത്ത ലായകങ്ങൾക്ക് ബ്രൺസ്റ്റെഡ്-ലോറി ആസിഡുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് ബേസുകളായി, അതായത് പ്രോട്ടോൺ സ്വീകർത്താക്കളായി പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയും.

 HA + S <=> A- + SH +

 ഇവിടെ S എന്നത് ഒരു ലായക തന്മാത്രയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
ഓർഗാനിക് തന്മാത്രകളുടെ ആസിഡ് ഡിസോസിയേഷൻ സ്ഥിരത അളക്കാൻ ഈ ലായകങ്ങൾ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നതിനാൽ അത്തരം ലായകങ്ങൾ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ടവയാണ് ഡൈമെഥിൽസൾഫോക്സൈഡ്, DMSO, അസെറ്റോണിട്രൈൽ, സിഎച്ച് 3 സിഎൻ.  H2Oയേക്കാൾ ശക്തമായ പ്രോട്ടോൺ സ്വീകർത്താവ്  DMSO ആയതിനാൽ ആസിഡ് ഈ ലായകത്തിൽ    വെള്ളത്തേക്കാൾ ശക്തമായ ആസിഡായി മാറുന്നു. വാസ്തവത്തിൽ, പല തന്മാത്രകളും ജലീയ ലായനിയിൽ ചെയ്യാത്ത ജലീയമല്ലാത്ത ലായനിയിൽ ആസിഡുകളായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു.  കാർബൺ ആസിഡുകളുമായി ഒരു അങ്ങേയറ്റത്തെ കേസ് സംഭവിക്കുന്നു, അവിടെ ഒരു CH ബോണ്ടിൽ നിന്ന് ഒരു പ്രോട്ടോൺ വേർതിരിച്ചെടുക്കുന്നു. വാസ്തവത്തിൽ, പല തന്മാത്രകളും ജലീയ ലായനിയിൽ ചെയ്യാത്ത ജലീയമല്ലാത്ത ലായനിയിൽ ആസിഡുകളായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. 

 HCl + CH3COOH <=> Cl- + CH3C (OH) 2

 ലൂയിസ് ആസിഡ്-ബേസ് സിദ്ധാന്തവുമായി താരതമ്യം 

    ബ്രൺസ്റ്റെഡും ലോറിയും അവരുടെ സിദ്ധാന്തം പ്രസിദ്ധീകരിച്ച അതേ വർഷം തന്നെ ജി. എൻ. ലൂയിസ് ആസിഡ്-ബേസ് പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളുടെ ഒരു ബദൽ സിദ്ധാന്തം മുന്നോട്ടുവച്ചു.  ഇലക്ട്രോണിക് ഘടനയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ് ലൂയിസ് സിദ്ധാന്തം.  ഒരു ഇലക്ട്രോൺ ജോഡി സ്വീകരിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു സംയുക്തമായ ലൂയിസ് ആസിഡിന് ഒരു ഇലക്ട്രോൺ ജോഡി സംഭാവന ചെയ്യാൻ കഴിയുന്ന ഒരു സംയുക്തമായി ലൂയിസ് ബേസ് നിർവചിക്കപ്പെടുന്നു. ഇലക്ട്രോണിക് ഘടനയുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ ബ്രൺസ്റ്റഡ്-ലോറി വർഗ്ഗീകരണത്തിന് ലൂയിസിന്റെ നിർദ്ദേശം ഒരു വിശദീകരണം നൽകുന്നു.

HA + B <=> A- + BH +

ഈ പ്രാതിനിധ്യത്തിൽ, ബേസ്, ബി, കൺജഗേറ്റ് ബേസ്, എ− എന്നിവ ഒറ്റ ജോഡി ഇലക്ട്രോണുകൾ വഹിക്കുന്നതായി കാണിക്കുകയും ലൂയിസ് ആസിഡായ പ്രോട്ടോൺ അവയ്ക്കിടയിൽ കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു.

അമോണിയ, ബോറോൺ ട്രൈഫ്ലൂറൈഡ് എന്നിവയുടെ അഡക്റ്റ്

ലൂയിസ് പിന്നീട് ഇങ്ങനെ എഴുതി: "ഹൈഡ്രജൻ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന പദാർത്ഥങ്ങളിലേക്ക് ആസിഡുകളുടെ ഗ്രൂപ്പിനെ നിയന്ത്രിക്കുന്നത് രസതന്ത്രത്തെക്കുറിച്ചുള്ള വ്യവസ്ഥാപിത ധാരണയെ ഗൗരവ രവമായി തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു, ഓക്സിഡൈസിംഗ് ഏജന്റ് എന്ന പദം ഓക്സിജൻ അടങ്ങിയ പദാർത്ഥങ്ങളിലേക്ക് പരിമിതപ്പെടുത്തും." ലൂയിസ് സിദ്ധാന്തത്തിൽ ഒരു ആസിഡ്,  എ, ബേസ്, ബി :, എ, ബി എന്നിവ തമ്മിൽ ഒരു ഡേറ്റീവ് കോവാലന്റ് ബോണ്ട് രൂപീകരിക്കുന്നതിന് ഇലക്ട്രോൺ ജോഡി ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് അമോണിയ, ബോറോൺ ട്രൈഫ്ലൂറൈഡിൽ നിന്നുള്ള H3N- BF 3 അഡക്റ്റ് രൂപപ്പെടുന്നതിലൂടെ വ്യക്തമാക്കുന്നു.  ജലീയ ലായനിയിൽ സംഭവിക്കാൻ കഴിയാത്ത ഒരു പ്രതിപ്രവർത്തനം കാരണം ബോറോൺ ട്രൈഫ്ലൂറൈഡ് ജലവുമായി അക്രമാസക്തമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നു.

BF3 + 3H2O -> B (OH) 3 + 3HF 
HF <=> H + + F -

 ഈ പ്രതികരണങ്ങൾ വ്യക്തമാക്കുന്നത് ലൂയിസ്,
ബ്രൺസ്റ്റഡ്-ലോറി എന്നീ വർഗ്ഗീകരണങ്ങളിലെ ഒരു ആസിഡാണ് BF3, രണ്ട് സിദ്ധാന്തങ്ങളും തമ്മിലുള്ള സ്ഥിരതയെ ഊന്നിപ്പറയുന്നു. [അവലംബം ആവശ്യമാണ്]

 പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ ഫലമായി ബോറിക് ആസിഡിനെ ലൂയിസ് ആസിഡായി അംഗീകരിക്കുന്നു

 B (OH) 3 + H2O <=> B (OH) 4- + H +

 ഈ സാഹചര്യത്തിൽ ആസിഡ് വിഘടിക്കുന്നില്ല, അടിസ്ഥാനം, H2O ആണ് വിഘടിക്കുന്നത്.  ഈ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിൽ ഹൈഡ്രജൻ അയോണുകൾ സ്വതന്ത്രമാകുന്നതിനാൽ B (OH) 3 ലായനി അസിഡിക് ആണ്.

 അമോണിയയുടെ ജലീയ ലായനിയിൽ നേർപ്പിച്ച അമോണിയം അയോണിന്റെ അളവ് വളരെ കുറവാണെന്നതിന് ശക്തമായ തെളിവുകളുണ്ട്

 H2O + NH3 -> OH- + NH + 4

വെള്ളത്തിൽ ലയിക്കുമ്പോൾ അമോണിയ ഒരു ലൂയിസ് ബേസ് ആയി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. 

ലക്സ്-ഫ്ലഡ് സിദ്ധാന്തവുമായി താരതമ്യം  

       ഖര അല്ലെങ്കിൽ ദ്രാവകാവസ്ഥയിലുള്ള ഓക്സൈഡുകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രതികരണങ്ങൾ ബ്രൺസ്റ്റെഡ്-ലോറി സിദ്ധാന്തത്തിൽ ഉൾപ്പെടുത്തിയിട്ടില്ല.  ഉദാഹരണത്തിന്, പ്രതികരണം

 2MgO + SiO2 -> Mg2 SiO4

 ആസിഡുകളുടെയും ബേസുകളുടെയും ബ്രൺസ്റ്റെഡ്-ലോറി നിർവചനത്തിന്റെ പരിധിയിൽ വരില്ല.  മറുവശത്ത്, ഒരു ആസിഡിന്റെ ജലീയ ലായനി ഉപയോഗിച്ച് പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ മഗ്നീഷ്യം ഓക്സിഡാക്റ്റുകൾ ഒരു ബേസ്ആയി പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

 2H + + MgO -> Mg ^ {2 +} (aq) + 2H2O

 അലിഞ്ഞുപോയ SiO2 ബ്രൺസ്റ്റഡ്-ലോറി അർത്ഥത്തിൽ ദുർബലമായ ആസിഡാണെന്ന് പ്രവചിക്കപ്പെടുന്നു. 

SiO2  + 2H2O <=> Si (OH) 4 (aq)  
Si (OH) 4 <=> Si (OH) 3O- +  H +


ലക്സ്-ഫ്ലഡ് സിദ്ധാന്തമനുസരിച്ച് ഖരാവസ്ഥയിലുള്ള MgO, SiO2 എന്നിവ ആസിഡുകളോ ബേസുകളോ ആയി തരംതിരിക്കാം.  ഉദാഹരണത്തിന്, മിനറൽ ഒലിവൈൻ ഒരു അടിസ്ഥാന ഓക്സൈഡിന്റെ സംയുക്തമായി കണക്കാക്കാം, MgO, ഒരു അസിഡിക് ഓക്സൈഡ്, സിലിക്ക, SiO2.  ജിയോകെമിസ്ട്രിയിൽ ഈ വർഗ്ഗീകരണം പ്രധാനമാണ്.

അവലംബം 

1.^Brönsted, J. N. (1923). "Einige Bemerkungen über den Begriff der Säuren und Basen" [Some observations about the concept of acids and bases]. Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas. 42 (8): 718–728. doi:10.1002/recl.19230420815.

2.^ Lowry, T. M. (1923). "The uniqueness of hydrogen". Journal of the Society of Chemical Industry. 42 (3): 43–47. doi:10.1002/jctb.5000420302.

3.^ Myers, Richard (2003). The Basics of Chemistry. Greenwood Publishing Group. pp. 157–161. ISBN 978-0-313-31664-7.

4.^ Masterton, William; Hurley, Cecile; Neth, Edward (2011). Chemistry: Principles and Reactions. Cengage Learning. p. 433. ISBN 1-133-38694-6.

5.^ Ebbing, Darrell; Gammon, Steven D. (2010). General Chemistry, Enhanced Edition. Cengage Learning. pp. 644–645. ISBN 0-538-49752-1.

6.^ Whitten, Kenneth; Davis, Raymond; Peck, Larry; Stanley, George (2013). Chemistry. Cengage Learning. p. 350. ISBN 1-133-61066-8.

7.^ Lew, Kristi (2009). Acids and Bases. Infobase Publishing. ISBN 9780791097830.
8.^ Patrick, Graham (2012). Instant Notes in Organic Chemistry. Taylor & Francis. p. 76. ISBN 978-1-135-32125-3.

9.^ Holliday, A.K.; Massy, A.G. (1965). Inorganic Chemistry in Non-Aqueous Solvents. Pergamon Press.
10.^ Reich, Hans J. "Bordwell pKa Table (Acidity in DMSO)". Department of Chemistry, University of Wisconsin, U.S. Archived from the original on 9 October 2008. Retrieved 2008-11-02.

11.^ Waddington, T.C. (1965). Non-Aqueous Solvent Systems. New York: Academic Press.

12.^ Miessler, G. L., Tarr, D. A., (1991) "Inorganic Chemistry" 2nd ed. Pearson Prentice-Hall pp. 170–172

13.^ a b Hall, Norris F. (March 1940). "Systems of Acids and Bases". Journal of Chemical Education. 17 (3): 124–128. Bibcode:1940JChEd..17..124H. doi:10.1021/ed017p124.

14.^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2004). Inorganic Chemistry (2nd ed.). Prentice Hall. p. 187. ISBN 978-0-13-039913-7.

15.^ Pauling, Linus (1960). The Nature of the Chemical Bond (3rd ed.). Ithaka: Cornell University Press. p. 557