مدل‌های اسید و باز

راهنمایی کوتاه: دانشمندان برای توضیح اسیدها و بازها سه مدل اصلی ساخته‌اند که هر کدام گسترده‌تر از قبلی است: آرنیوس، برونستد-لوری و لوویس.

گام‌به‌گام:

• ۱) مدل آرنیوس: اسید ماده‌ای است که در آب یون هیدروژن (H⁺) آزاد می‌کند و باز ماده‌ای است که در آب یون هیدروکسید (OH^-) آزاد می‌کند. مثال: HCl اسید و NaOH باز است. محدودیت این مدل: فقط در محیط آبی کار می‌کند و موادی مثل آمونیاک (NH₃) را که OH^- آزاد نمی‌کند، باز نمی‌شناسد.
• ۲) مدل برونستد-لوری: اسید «دهندهٔ پروتون» و باز «گیرندهٔ پروتون» است. پروتون همان یون H⁺ است، پس این مدل به آب نیاز ندارد.
• ۳) مثال برونستد-لوری: در واکنش HCl + H₂O ⇌ H₃O⁺ + Cl^-، مولکول HCl پروتون می‌دهد (اسید) و آب پروتون می‌گیرد (باز).
• ۴) در واکنش NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH^- نقش‌ها برعکس می‌شود: آب پروتون می‌دهد (اسید) و آمونیاک پروتون می‌گیرد (باز). جفت‌های مزدوج: HCl با Cl^- و H₂O با H₃O⁺.
• ۵) مدل لوویس: اسید «پذیرندهٔ جفت‌الکترون» و باز «دهندهٔ جفت‌الکترون» است. مثال: BF₃ (اسید لوویس) جفت‌الکترون آمونیاک (باز لوویس) را می‌پذیرد و پیوند کووالانسی داتیو ساخته می‌شود.
• ۶) مقایسه: مدل آرنیوس فقط واکنش‌های آبی، مدل برونستد-لوری واکنش‌های پروتونی (حتی بدون آب) و مدل لوویس همهٔ واکنش‌های انتقال جفت‌الکترون را توضیح می‌دهد؛ پس آرنیوس زیرمجموعهٔ برونستد-لوری و آن هم زیرمجموعهٔ لوویس است.

پاسخ نهایی: اسید و باز را با سه مدل تعریف می‌کنیم: در مدل آرنیوس بر پایهٔ آزادکردن H⁺ یا OH^- در آب، در مدل برونستد-لوری بر پایهٔ دادن یا گرفتن پروتون، و در مدل لوویس بر پایهٔ دادن یا گرفتن جفت‌الکترون. آب می‌تواند هم اسید باشد و هم باز (آمفوتری)، چون در یک واکنش پروتون می‌دهد و در واکنش دیگر پروتون می‌گیرد.

مثال مشابه: در واکنش HSO₄^- + H₂O ⇌ SO₄^2- + H₃O⁺ کدام‌یک اسید است؟ یون HSO₄^- پروتون می‌دهد، پس اسید است؛ آب پروتون می‌گیرد، پس باز است؛ و SO₄^2- باز مزدوج و H₃O⁺ اسید مزدوج آن‌ها است.

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری: واژهٔ «آمفوپروتیک» را جست‌وجو کن؛ به ماده‌هایی مثل آب می‌گویند که هم می‌توانند پروتون بدهند و هم بگیرند. همچنین ببین چرا HF با اینکه هالوژن دارد، اسید ضعیفی است.

یادآوری ایمنی: اگر در آزمایشگاه با اسید یا باز کار می‌کنی، حتماً دستکش و عینک ایمنی بزن، اسید را هرگز با آب رقیق نکن به‌صورت افزودن آب به اسید، و هیچ ماده‌ای را بدون اجازهٔ معلم نچش یا بو نکن.