காரம் (வேதியியல்)

வேதியியலில், காரம் (என்பது நேர்மின்னி (புரோட்டான்) பெற்றுக்கொள்ளத்தக்க ஒரு பொருள் என்பது ஒரு பொது வரையறை. இங்கே பெரும்பாலும் இது நீர்க்கலவை அல்லது நீர்க்கரைசல்பொருளாக இருக்கும். காரத்திற்கு நேர்மாறாக, காடி என்பது நேர்மின்னியை தரவல்லது என வரையறை செய்யப்படுகின்றது. இக்கருத்துகள் காடி-காரம் பற்றிய புரோன்ஸ்ட்டெடு-லோரி கொள்கைகளைப் பின்பற்றியது.

அரேனியசின் வரையறையின் படி, நீர்க் கரைசலில், ஐதராக்சைடு எனப்படும் எதிர்மின்மம் கொண்ட ஆக்சிசன்-ஐதரசன் (-OH) மின்மக்கூறு (OH− ions) உண்டாகும் பொருள் காரம் எனப்படும். இது ஆல்க்கலி என்றும் கூறப்படும். காரமாகிய சோடியம் ஐதராக்சைடு (NaOH), நீரில் கரைந்து Na+   +   -OH ஆகிய பொருட்களை உண்டாக்குகின்றது. -OH உண்டாவதால் NaOHஒரு காரம் ஆகும். ஆனால் அரேனியசின் விளக்கத்தை மீறி, புரோன்ஸ்ட்டெடு-லோரி கொள்கையின் படி மின்மக்கூறு உடைய ஐதராக்சைடு தராத பொருளும், நேர்மின்னியைப் பெற்றுக்கொண்டால், காரமாகக் கருதப்படும்.

எடுத்துக்காட்டாக கந்தகக் காடியுடன் (H2SO4) அமோனியாவைச் (NH3) சேர்த்தால், நேர்மின்னி ஏற்கும் NH4+ உம் மற்றும் HSO4- உம் கிட்டுகின்றது, ஆகையால் அமோனியா ஒரு காரம் (இங்கு ஐதராக்சைடு உண்டாகவில்லை என்பதைக் கருத்தில் கொள்ளவேண்டும்). காரம் என்பது வேறொரு நோக்கில், ஜி. என். லூயிசின் விளக்கப்படி, இரண்டு எதிர்மின்னிகளைத் தரவல்லது. வேதியியல் பிணைப்பில் கட்டுண்டு இல்லாமல் இருக்கும் இரு எதிர்மின்னிகளை தரவல்ல பொருட்கள் காரம் அல்லது லூயிசு காரம் எனப்படும். அப்படி தரும் இரண்டு எதிர்மின்னிகளைப் பெற்று வேதியியல் பிணைப்புக்ள் கொண்டால், அது லூயிசு காடி எனப்படும். லூயிசு காரத்திற்கு அமோனியாவை (NH3) எடுத்துக்காட்டாகக் கூறலாம்: NH3 வில் உள்ள நைட்ரசனின் மொத்தம் ஏழு எதிர்மின்னிகளில், இரண்டு எதிர்மின்னிகள் வேதியியல் பிணைப்பு கொள்ளாமல் இருக்கின்றன, இவை போரான் டிரை-புளோரைடு (BF3) என்னும் பொருளோடு சேரவல்லது.

நீரில் கரைந்த பொருளால், ஐதராக்சைடு ஏற்பட அடிப்படையாக இருக்கும் நீரில் உள்ள எதிர்மின்னி இழந்த ஐதரசன் அணுக்களின் அளவைக் குறிக்கும் பி.ஹெச் (pH) எண் 7.0 ஐக்காட்டிலும் கூடுதலாக இருந்தால் அது காரம் என்றும் பொதுவாக வரையறை செய்யப்படுகின்றது. 

காரம் என்பது வேதியியல் நோக்கில் காடியின் எதிரானது எனக்கொள்ளலாம். காரமும் காடியும் சேர்ந்தால் வேதியியல் வினை அற்றதாக (வேதியியல் நடுமை அடைந்ததாகக்) கொள்ளப்படும். காடியின் விளைவு நேர்மின்மம் கொண்ட ஐதரோனியம் (hydronium ion, H3O+) அடர்த்தியைக் கூட்டுதலும், காரத்தின் விளைவு அதன் அடர்த்தியைக் குறைத்தலும் ஆகும். காரமும், காடியும் சேர்ந்தால் நீரும் உப்புகளுமோ அல்லது உப்புக்கரைசலுமோ உண்டாகும்.

பண்புகள்
காரங்களின் பொதுவான பண்புகள் கீழ்க்காண்பனவற்றை உள்ளடக்கியள்ளன:
அடர் அல்லது வலிமையான காரங்கள் அமிலத்தன்மையுள்ள பொருட்களுடன் தீவிரமாக வினைபுரிகின்றன.
காரங்களின் நீர்த்த கரைசல்கள் அல்லது உருகிய கரைசல்கள் அயனிகளாக சிதைவடைந்து மின்சாரத்தை கடத்துகின்றன.
PH நிறங்காட்டி: காரங்கள் சிவப்பு லிட்மசு தாளை நீலமாக மாற்றுகின்றன. பினால்ப்தலீனுடன் இளஞ்சிவப்பு (pink) நிறத்தைத் தருகின்றன. 
புரோமோமெதில் நீலத்தை அதனது இயல்பான நீல நிறமாகவே வைத்திருக்கிறது. மெதில் ஆரஞ்சு நிறங்காட்டியுடன் மஞ்சள் நிறத்தைத் தருகிறது.
இயல்பான நிலையில் காரக்கரைசலின் காரகாடித்தன்மைச் சுட்டெண் மதிப்பானது 7 ஐ விட அதிகமாக இருக்கும்.
காரங்கள் கசப்புச் சுவையுடையவைhttp://www.merriam-webster.com/dictionary/base

 நீருடன் காரத்தின் வினைகள் 
கீழே தரப்பட்டுள்ள வினையானது ஒரு காரத்திற்கும் (B) நீருக்கும் இடையேயான ஒரு பொதுவான வினையைக் குறிக்கிறது. இந்த வினையில் ஒரு இணை அமிலமும் (conjugate acid) (BH+), ஒரு இணை காரமும் (conjugate base) (OH−): உருவாகின்றன:

 B(aq) + H2O(l) ⇌ BH+(aq) + OH−(aq)

இந்த வினையின் வேதிச்சமநிலையின் மாறிலி Kb, கீழ்க்காணும் பொதுவான வாய்ப்பாட்டைப் பயன்படுத்தி கண்டறியலாம்.
 Kb = [BH+][OH−]/[B]

இந்த வினையில், காரமும் (B), தீவிரமான வலிமையான இணை காரமும்) புரோட்டானுக்காக ஒன்றோடு ஒன்று போட்டி போட்டுக்கொள்கின்றன. இதன் விளைவாக, நீருடன் வினைபுரியும் காரங்கள் ஒப்பீட்டளவில் சிறிய சமநிலை மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளன. ஒரு காரமானது குறைவான சமநிலை மதிப்பைக் கொண்டிருந்தால் அது வலிமை குறைந்த காரமாகும்.

அமிலங்களுடனான நடுநிலையாக்கல் வினை

நீா் மற்றும் ஆல்ககால் ஊடகங்களில்  காரங்கள் அமிலத்துடன் வேகமாக வினைபுரிந்து ஒன்றை ஒன்று நடுநிலையாக்கிக் கொள்கின்றன. வலிமை மிகு காரமானது சோடியம் ஐதராக்சைடு நீரில் கரைக்கப்படும் போது சோடியம் மற்றும் ஹைதராக்சைடு அயனிகளாாக அயனியாக்கம் பெறுகின்றன.

NaOH →  + 

இதே போன்று ஐதரோ குளோரிக் அமிலமானது, ஐதரோனியம் மற்றும் குளோரைடு அயனிகளாக உருவாகின்றன.

HCl +  →  + 

இந்த இரண்டு கரைசல்களும் கலக்கப்படும் போது   மற்றும்  அயனிகள் ஒன்றிணைந்து நீர் மூலக்கூறுகளை உருவாக்குகின்றன.:

 +  → 2 

சம அளவிலான NaOH மற்றும் HCl கரைக்கப்படும் போது அமிலமும், காரமும் ஒன்றையொன்று சமநிலையில் நடுநிலையாக்கம் செய்து சாதாரண உப்பையும் (NaCl) நீரையும் தருகின்றன.

சோடியம் பை கார்பனேட் அல்லது முட்டையின் வெள்ளைக்கரு போன்ற வலிமை குறைந்த காரங்கள் அமிலம் சிதறினால் அவற்றை சமன்செய்ய அல்லது நடுநிலையாக்க  பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அமிலச் சிதறல்களை வலிமையான சோடியம் ஐதராக்சைடு போன்ற காரங்களைக் கொண்டு நடுநிலையாக்க முற்படும் போது அவை மிகத்தீவிரமான வெப்பம் உமிழ் வினையாக மாறலாம். வலிமை மிகு காரம் கூட அமிலச் சிதறலால் ஏற்படுகின்ற விளைவைப் போன்ற சேதங்களை உருவாக்கி விடலாம்.

ஐதராக்சைடுகள் அல்லாதவற்றின் காரத்தன்மை
பொதுவான வரையறைப்படி காரங்கள் அமிலங்களை நடுநிலைப்படுத்தக்கூடியவை. சோடியம் கார்பனேட் மற்றும் அம்மோனியா ஆகியவை இரண்டுமே ஐதராக்சைடு  தொகுதியைக் கொண்டிராவிட்டாலும் காரங்களாக செயல்படுகின்றன. இந்த இரண்டு சோ்மங்களுமே நீரைப் போன்ற புரோடிக் கரைப்பான்களில் கரைக்கப்படும் போது H+ அயனியை ஏற்றுக்கொள்கின்றன.

Na2CO3 + H2O → 2 Na+ + HCO3− + OH−
NH3 + H2O → NH4+ + OH−

இதிலிருந்து காரங்களின் நீரிய கரைசல்களுக்கான pH அல்லது அமிலத்துவம் கணக்கிடப்படலாம். காரங்கள் ஒரு இணை எலக்ட்ரான்களை நேரடியாகத் தாங்களாகவே வழங்கும் எலக்ட்ரான் ஈனிகளாகவும் செயல்படுகின்றன.

CO32− + H+ → HCO3−
NH3 + H+ → NH4+

மற்றொரு தனிமத்தின் இணைதிறன் கூட்டில் உள்ள ஒரு இணை எலக்ட்ரான்களை ஏற்றுக்கொள்ளும் தகுதி படைத்த சேர்மங்கள் (சோ்மங்களின் மூலக்கூறுகள்) காரங்கள் என அழைக்கப்படுகின்றன. ஒரு சில தனிமங்கள் மட்டுமே காரத்தின் பண்புகளைத் தரக்கூடிய திறன் பெற்றவையாக உள்ளன. கார்பன்  நைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜன் ஆகியவைகள் இத்தகைய தன்மையைப் பெற்றுள்ளன. புளோரின் மற்றும் சில மந்த வாயுக்கள் கூட இந்தத் திறனைப் பெற்றுள்ளன. N-பியூடைல்லித்தியம், அல்காக்சைடுகள், மற்றும் சோடியம் அமைடு போன்ற உலோக அமைடுகள் ஆகியவற்றில் இது நிகழ்கிறது. கார்பன், நைட்ரசன், ஆக்சிசன் ஆகிய உடனிசைவு (வேதியியல்) நிலைப்புத்தன்மை  இல்லாத, நீர்க்கரைசல்களில் நீரின் அமிலத்துவம் காரணமாக நிலைத்திருக்க முடியாதவை பொதுவாக மிக வலிமையானவையாக, மிகச்சிறப்பான காரங்களாக (superbase) இருக்கின்றன. இருந்தபோதிலும், உடனிசைவு நிலைப்புத்தன்மையானது கார்பாக்சிலேட்டுகள் போன்றவற்றை வலிமை குறை காரங்களாக செயல்படச் செய்கின்றது. உதாரணமாக சோடியம் அசிடேட் ஒரு வலிமை குறைந்த காரமாக உள்ளது.

வலிமையான காரங்கள்
ஒரு வலிமையான காரம் என்பது அமில-கார வினையொன்றில் மிக வலிமை குறைந்த அமிலத்தில் இருந்து கூட புரோட்டானை (H+) நீக்கம் செய்ய வல்ல வேதிச்சேர்மம் ஆகும். கார உலோகங்கள் மற்றும் கார மண் உலோகங்களின் ஐதராக்சைடுகள் சோடியம் ஐதராக்சைடு மற்றும் கால்சியம் ஐதராக்சைடு போன்றவை வலிமை மிகு காரங்களாகும். கரைதிறன் காரணியானது கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ளப்படாத நேர்வுகளில் கார உலோகங்களின் ஐதராக்சைடுகள் குறைவான கரைதிறன் கொண்டுள்ளதன் காரணமாக பயன்படுத்தப்படலாம். குறைவான கரைதிறன் காரணமாக, அலுமினியம் ஐதராக்சைடு மற்றும் மெக்னீசியம் ஐதராக்சைடு போன்ற அமில எதிர்ப்பிகள் தொங்கல் கரைசல்களாக பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த சேர்மங்கள் தங்களின் குறைவான கரைதிறன் காரணமாக, ஐதராக்சைடு அயனிகளின் செறிவு அதிகரிப்பதைத் தடுத்து வாய், உணவுக்குழல் மற்றும் வயிற்றுப் பகுதியில் உள்ள திசுக்களுக்கு ஊறு விளைவிக்கப்படுவதைத் தடுக்கிறது. வினையானது தொடர்ந்து நடைபெறும் போது உப்புக்களானது கரைந்து வயிற்றில் உருவாகும் அமிலமானது தொங்கல் கரைசல்களிலிருந்து உருவாக்கப்படும் ஐதராக்சைடு அயனிகளுடன் வினைபுரிகிறது. அதிக வலிமை மிகு காரங்கள் நீரில் கிட்டத்தட்ட முழுமையாக நீராற்பகுக்கப்பட்டு சமனப்படுத்தும் விளைவில் முடிவடைகின்றன. இந்தச் செயல்முறையில், நீா் மூலக்கூறானது தனது ஈரியல்புத் தன்மையின் காரணமாக, வலிமை மிகு காரத்துடன் இணைந்து ஒரு ஐதராக்சைடு அயனியை வெளியேற்றுகிறது. மிக வலிமை மிகு காரங்கள் நீரற்ற நிலையிலும், மிகவும் வலிமை குறைந்த அமிலத்தன்மையுள்ள C–H தொகுதிகளிலிருந்தும் கூட ஐதரசனை நீக்கம் செய்ய இயலும்.

லித்தியம் ஐதராக்சைடு (LiOH)
சோடியம் ஐதராக்சைடு (NaOH)
பொட்டாசியம் ஐதராக்சைடு (KOH)
ருபீடியம் ஐதராக்சைடு (RbOH)
சீசியம் ஐதராக்சைடு (CsOH)
கரைசலில் உள்ள மெக்னீசியம் ஐதராக்சைடு (; (திண்ம மெக்னீசியம் ஐதராக்சைடு குறைவான கரைதிறன் கொண்டுள்ளதால் வலிமை குறைந்த காரமாகவே செயல்படுகிறது)
கால்சியம் ஐதராக்சைடு ()
ஸ்ட்ரான்சியம் ஐதராக்சைடு ()
பேரியம் ஐதராக்சைடு ()

வலிமை மிகு காரங்களின் நேர் மின் அயனிகள் தனிம வரிசை அட்டவணையின் முதல் மற்றும் இரண்டாம் தொகுதியைச் சார்ந்தவை (கார உலோகங்கள் மற்றும் கார மண் உலோகங்கள்). 
pKa மதிப்பானது 13 ஐ விட அதிகமாக இருந்தால் மிகவும் வலிமை குறைந்த அமிலங்களாகும். இவற்றின் இணை காரங்கள் (conjugate base) வலிமை மிகு காரங்களாகும். 
வலிமை மிகு காரங்கள் வலிமை மிகு அமிலங்களுடன் வினை புரிந்து நிலையான சோ்மங்களை உருவாக்கவல்லவை. வலிமை குறை காரங்கள் வலிமை குறை அமிலங்களுடன் வினைபுரிந்து நிலையான சேர்மங்களை உருவாக்கும் திறனற்றவையாகும்.

சிறப்புக் காரங்கள்
தொகுதி 1 உள்ள  தனிமங்களின் கார்பன்எதிரயனி, அமைடுகள் மற்றும் ஐதரைடுகளின் உப்புக்கள் வலிமை மிகு காரங்களை விட சிறப்பான காரங்களாக செயல்படுகின்றன. இவற்றின் இணை அமிலங்களான ஐதரோகார்பன்கள், அமீன்கள் மற்றும் டைஐதரசன் ஆகிய  நிலையான சோ்மங்கள் மிகவும் வலிமை குறைந்த அமிலங்களாக இருப்பதுவே இதற்கான  காரணமாகும். பொதுவாக, சோடியம் போன்ற துாய கார உலோகங்களை அவற்றின் இணை அமிலங்களோடு சேர்ப்பதன் காரணமாக இத்தகைய காரங்களானவை பெறப்படுகின்றன. இத்தகைய காரங்களே சிறப்புக்காரங்கள் (superbases) என அழைக்கப்படுகின்றன. இத்தகைய சிறப்புக் காரங்களை நீா்க்கரைசலில் வைப்பதென்பது இயலாத காரியமாக உள்ளது. ஏனெனில், ஐதராக்சைடு அயனியை விட இவை வலிமை மிகுந்தவையாக உள்ளன. அதன் காரணமாக, இவை நீரின் இணை அமிலத்தைக் கூட புரோட்டான் நீக்கம் செய்து விடுகின்றன. உதாரணமாக, எத்தனாலின் இணை காரமான ஈத்தாக்சைடு அயனியானது நீரின் முன்னிலையில் கீழ்வரும் வினையில் ஈடுபடுகிறது.
 +  →  + 
சிறப்புக் காரங்களுக்கான எடுத்துக்காட்டுகள்:
n-பியூடைல்லித்தியம் (n-C4H9Li)
லித்தியம் டை ஐசோபுரோபைல்அமைடு (LDA)  [(CH3)2CH]2NLi 
லித்தியம் டை எதிலமைடு (LDEA)  
சோடியம் அமைடு (NaNH2)
சோடியம் ஐதரைடு (NaH)
லித்தியம் பிஸ்(ட்ரைமெதில்சிலலைல்)அமைடு 

 நடுநிலைக் காரங்கள் 
ஒரு நடுநிலைக் காரமானது நடுநிலை அமிலத்துடன் வினைபுரியும் போது மின் இறுக்க நிலை ஒன்று தோற்றுவிக்கப்படுகிறது. முன்னதாக காரத்திற்கு மற்றுமே உரித்தான எலெக்ட்ரான் இணையை அமிலம் மற்றும் காரம் ஆகியவை பகிர்ந்து கொள்கின்றன. இதன் விளைவாக, ஒரு உயா் இருமுனைத் தன்மையானது உருவாக்கப்படுகிறது. இந்த உயா் இருமுனைத் தன்மையானது மூலக்கூறினை மாற்றி அமைப்பதன் மூலம் மட்டுமே சரிசெய்யப்படும்.

காரங்களின் பயன்கள்
சோடியம் ஐதராக்சைடானது சோப்பு, காகிதம், ரேயான் செயற்கை இழை ஆகியவற்றின் தயாரிப்பில் பயன்படுகிறது.
கால்சியம் ஐதராக்சைடானது(நீர்த்த சுண்ணாம்பு) சலவைத்துாள் தயாரிப்பில் பயன்படுகிறது.
கால்சியம் ஐதராக்சைடானது மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் மற்றும் தொழிற்சாலைகளில் வெளியேற்றப்படும் கந்தக டை ஆக்சைடை துாய்மைப்படுத்தப் பயன்படுகிறது.
மெக்னீசியம் ஐதராக்சைடானது வயிற்றில் உருவாகும் அமிலத்தன்மையை சரிசெய்து செரிமானமின்மையைக் குணப்படுத்தும் அமில எதிர்ப்பியாகப் பயன்படுகிறது.
சோடியம் கார்பனேடடானது சலவை சோடாவாகவும், தண்ணீரின் கடினத் தன்மையை நீக்க உதவும் பொருளாகவும் பயன்படுகிறது.
சோடியம் ஐதரசன் கார்பனேட்டானது சமையல் சோடா தயாரிப்பிலும், வயிற்று செரிமானப் பிரச்சனைகளை சரி செய்யும் அமில எதிர்ப்பியாகவும், சோடா அமிலத் தீயணைப்பான்களிலும் பயன்படுகிறது. 
அம்மோனியம் ஐதராக்சைடானது துணியிலிருந்து மசகுக்கறையினை (grease stain) அகற்றப் பயன்படுகிறது.

மேற்கோள்கள்

பகுப்பு:வேதிச் சேர்மங்கள்