‫חומצות בסיסים על קצה המזלג‪2011/‬‬ ‫חומצות ובסיסים מוגדרים בכמה צורות‪:‬‬ ‫הגדרת חומצה‪ :‬ההגדרה הראשונה והמצומצמת ביותר היא זו של ארהניוס‪:‬‬ ‫חומצה היא כל חומר‪ ,‬שמשחרר במים את היון )‪ , H3O+1(aq‬יון ההידרוניום‪ .‬למעשה החומצה משחררת ‪ H+1‬אך ליון כזה‬ ‫אין קיום במים והוא מתלבש על מולקולה של מים‪.‬‬ ‫‪+‬‬ ‫ע"פ הגדרת ברונסטד ולאורי )‪ ,)Brønsted and Lowry‬חומצות הן תרכובות המסוגלות למסור יוני ‪.H‬‬ ‫חומצות מורכבות מאל‪ -‬מתכות בלבד‪.‬‬ ‫דוגמה ‪ :1‬חומצת מלח ‪ .HCl‬החומצה מסוגלת למסור יון אחד של ‪ ,H+‬ואז מתקבלת שארית החומצה‪ ,‬יון הכלור ‪.Cl-‬‬ ‫דוגמה ‪ :2‬חומצה גפרתית ‪ .H2SO4‬החומצה מסוגלת למסור שני יוני ‪ ,H+‬ואז מתקבלת שארית החומצה‪ ,‬היון הגפרתי‬ ‫‪.SO4-2‬‬ ‫דוגמה ‪ :3‬חומצה זרחתית ‪ .H3PO4‬החומצה מסוגלת למסור שלושה יוני ‪ ,H+‬ואז מתקבלת שארית החומצה‪ ,‬היון הזרחתי‬ ‫‪.PO4-3‬‬ ‫חומצות מגיבות עם מים לקבלת יון הידרוניום ‪ H3O+‬ושארית חומצה‪.‬‬ ‫דוגמה‪:‬‬ ‫)‪HCl (g) + H2O (l)  H3O+ (aq) + Cl- (aq‬‬ ‫שם החומצה‬ ‫הנוסחה שם שארית החומצה‬ ‫הנוסחה‬ ‫חומצת מלח‬ ‫‪HCl‬‬ ‫יון כלור (כלוריד)‬ ‫‪Cl-‬‬ ‫חומצה גפרתית‬ ‫‪H2SO4‬‬ ‫יון גפרתי‬ ‫‪SO4-2‬‬ ‫חומצה גפריתית‬ ‫‪H2SO3‬‬ ‫יון גפריתי‬ ‫‪SO3-2‬‬ ‫חומצה זרחתית‬ ‫‪H3PO4‬‬ ‫יון זרחתי‬ ‫‪PO4-3‬‬ ‫חומצה חנקתית‬ ‫‪HNO3‬‬ ‫יון חנקתי‬ ‫‪NO3-‬‬ ‫חומצה פחמתית‬ ‫‪H2CO3‬‬ ‫יון פחמתי‬ ‫‪CO3-2‬‬ ‫חומצה היפוכלורית‬ ‫‪HClO‬‬ ‫יון היפוכלורי‬ ‫‪ClO-‬‬ ‫בסיסים‪ :‬לפי ההגדרה הראשונה והמצומצמת ביותר של ארהניוס‪ :‬בסיס הוא חומר שמשחרר במים את יון ההידרוקסיד‬ ‫)‪=( OH-1(aq‬יון הידרוכסיל)‪ .‬ע"פ הגדרת ברונסטד ולאורי‪ ,‬בסיסים הם תרכובות המסוגלות לקלוט יוני ‪.H+‬‬ ‫בסיסים מורכבים ממתכת ויון‪/‬י הידרוקסיד ‪( .OH-‬יוצאים מן הכלל‪ :‬אמוניה ‪ ,NH3‬אשר בהתמוססותה במים יוצרת‬ ‫אמון הידרוקסידי ‪.) NH4OH‬‬ ‫דוגמה ‪ :1‬בסיס הנתרן (או נתרן הידרוקסידי) ‪.NaOH‬‬ ‫דוגמה ‪ :2‬בסיס הסידן (או סידן הידרוקסידי) ‪ .Ca(OH)2‬בחומר זה שני יוני הידרוקסיד‪.‬‬ ‫בסיסים הם חומרים יוניים (מלבד אמוניה) ורובם מתמוססים במים‪.‬‬ ‫דוגמה‪:‬‬ ‫)‪NaOH (s)  Na+ (aq) + OH- (aq‬‬ ‫שם הבסיס‬ ‫בסיס הנתרן ‪ /‬נתרן הידרוקסידי‬ ‫בסיס האשלגן ‪ /‬אשלגן הידרוקסידי‬ ‫בסיס המגנזיום ‪ /‬מגנזיום הידרוקסידי‬ ‫בסיס הסידן ‪ /‬סידן הידרוקסידי‬ ‫בסיס האלומינים ‪ /‬אלומיניום הידרוקסידי‬ ‫אמוניה‬ ‫הנוסחה‬ ‫‪NaOH‬‬ ‫‪KOH‬‬ ‫‪Mg(OH)2‬‬ ‫‪Ca(OH)2‬‬ ‫‪Al(OH)3‬‬ ‫‪NH3‬‬ ‫חומרים שתמיסתם המימית בסיסית‬ ‫‪ .1‬תרכובת יונית המכילה יוני הידרוקסיד ‪. OH-‬‬ ‫לדוגמה‪NaOH , Ca(OH)2 :‬‬ ‫)‪ Na  (aq) + OH- (aq‬‬ ‫[המסה]‬ ‫)‪NaOH(s‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ .2‬תרכובת מולקולרית בעלת אטום חנקן ‪ N‬עם זוג אלקטרונים פנוי ‪ .‬תרכובת הקולטת‬ ‫‪H+‬מהמים‪.‬‬ ‫)‪+ OH- (aq‬‬ ‫)‪(aq‬‬ ‫‪NH3(aq) + H2O(l)  NH4 ‬‬ ‫[חומצה בסיס]‬ ‫‪ .3‬מתכת אלקלית פעילה מטור ‪. 1‬‬ ‫לדוגמה‪Na(s) , K(s) , Cs(s) , Rb(s) :‬‬ ‫)‪Na(s) + H2O(l)  Na  (aq) + ½ H2(g) + OH-(aq‬‬ ‫נסכם‪ :‬חומצה ‪ -‬חומר המוסר פרוטון‪ .‬בסיס ‪ -‬חומר המקבל פרוטון‪.‬‬ ‫[חמצון חיזור]‬ ‫תגובות של חומצות ובסיסים‬ ‫א‪ .‬התכונה הבולטת המאפשרת לזהות חומצות ובסיסים היא התגובה שלהם לחומרי צבע הנקראים בשם‪ :‬אינדיקטורים‪,‬‬ ‫ומשנים את צבעם בהתאם לסביבה שבה הם נמצאים‪ .‬האינדיקטורים השימושיים ביותר הם‪:‬‬ ‫נייר לקמוס‪ ,‬פנול‪-‬פתלאין‪ ,‬מתיל‪-‬אורנג' ומי כרוב‪.‬‬ ‫ב‪ .‬לתמיסה מימית של חומצה ‪ pH‬קטן מ‪ .7 -‬לתמיסה מימית של בסיס ‪ pH‬גבוה מ‪.7 -‬‬ ‫נסכם‬ ‫תמיסה מימית חומצית‬ ‫תמיסה מימית בסיסית‬ ‫‪ ‬תמיסת פנול פתלאין ‪ -‬נשארת שקופה‬ ‫‪ ‬תמיסת פנול פתלאין משתנה לסגול‪-‬ורוד‬ ‫‪ ‬נייר לקמוס כחול משתנה לאדום‬ ‫‪ ‬נייר לקמוס כחול ‪ -‬ללא שינוי‬ ‫‪ ‬נייר לקמוס אדום ‪ -‬ללא שינוי‬ ‫‪ ‬נייר לקמוס אדום משתנה לכחול‬ ‫‪ ‬נייר ‪ pH‬בערכים‪pH > 7 :‬‬ ‫‪ ‬נייר ‪ pH‬בערכים‪pH < 7 :‬‬ ‫‪ ‬בתמיסתם המימית יש יוני הידרוניום )‪H3O+(aq‬‬ ‫‪ ‬בתמיסתם המימית יש יוני הידרוקסיד )‪OH-(aq‬‬ ‫מבחינת המבנה המרחבי הן החומצות החמצניות והן הבסיסים בנויים בצורה זהה לחלוטין כאשר תמיד החמצן מקשר בין‬ ‫האטום המרכזי ובין המימן‪ .‬מה שקובע את התנהגות החומר כחומצה או כבסיס הוא העובדה ‪ -‬איזה מבין שני הקשרים‬ ‫יהיה זה שיפתח‪ .‬בחומצות הקשר בין ה‪ O-H -‬יפתח‪ ,‬ואילו בבסיסים יפתח הקשר בין היסוד המרכזי לחמצן‪ .‬בדר"כ כאשר‬ ‫החומר המרכזי מתכת החומר יתפקד כבסיס‪ .‬אל‪-‬מתכת ‪ -‬חומצה‪ .‬ישנם חומרים אשר להם התכונה לתפקד הן‬ ‫כבסיסים והן כחומצות‪ .‬אופי התגובה שלהם תלוי בחומר שאיתו הם מגיבים‪ .‬חומרים אלו נקראים‪ :‬אמפוטריים‪.‬‬ ‫החומצה ‪ HCl‬הינה חומצה חזקה ומתפרקת בשלמות במים ל ‪ H+‬ול ‪ .Cl‬למעשה‪ ,‬החומצה מוסרת את הפרוטון למים‬ ‫ונוצר הצורון הידרוניום (‪ .)H3O+‬אבל‪ ,‬למען הנוחיות‪ ,‬נוהגים לרשום ‪ H+‬והדבר אינו מפריע בחישובים‪ .‬כדאי לזכור מדי‬ ‫פעם שלפרוטון בודד אין אפשרות קיום בתמיסה מימית והוא מתחבר מיד עם הווצרו למוקולה של מים‪ .‬ריכוז היון ‪ H+‬זהה‬ ‫לריכוז החומצה המקורי (מול חומצה נותן מול אחד של יוני ‪ H+‬ומול אחד של ‪.)Cl‬‬ ‫‪HCl  H+ +Cl‬‬ ‫באותו אופן הבסיס ‪ NaOH‬שהינו בסיס חזק‪ ,‬מתפרק בשלמות ליונים ‪ Na+‬ו‪. OH -‬‬ ‫פונקציית ‪p‬‬ ‫הריכוזים של ‪ H+‬ו‪ OH- -‬שאנחנו מעונינים במדידתם‪ ,‬הם בדרך כלל קטנים מאחד מולר‪ .‬שימוש בלוגריתם של הריכוז היה‬ ‫גורם לחוסר נוחיות של עיסוק במספרים שליליים‪ .‬כדי להימנע מזה‪ ,‬מגדירים פונקציה ‪: p‬‬ ‫‪p ≡ -log‬‬ ‫בעבודה עם חומצות ובסיסים מבטאים את ריכוז יוני ההידרוניום (‪ H3O+‬או ‪ ) H+‬ע"י פונקציה זו‪,‬‬ ‫ומדד לחומציות התמיסה הינו רמת ה ‪ pH -‬שלה‪pH = log[H+].‬‬ ‫אם נקח חומצה חזקה כמו ‪ ,HCl‬אפשר לתאר את הקשר בין ריכוז החומצה‪ ,‬ריכוזי ה‪ H+ -‬וה‪ OH- -‬וערכי ה‪ pH -‬ו‪pOH -‬‬ ‫של התמיסה‪:‬‬ ‫ריכוז ‪ HCl‬ריכוז ‪H+‬‬ ‫‪pH‬‬ ‫‪pOH‬‬ ‫‪0.1 M‬‬ ‫‪0.1 M‬‬ ‫‪1.0‬‬ ‫‪13.0‬‬ ‫‪0.01 M‬‬ ‫‪0.01 M‬‬ ‫‪2.0‬‬ ‫‪12.0‬‬ ‫או במקרה של תמיסה של ‪:NaOH‬‬ ‫ריכוז ‪NaOH‬‬ ‫‪OH-‬ריכוז‬ ‫‪pOH‬‬ ‫‪pH‬‬ ‫‪0.1 M‬‬ ‫‪0.1 M‬‬ ‫‪1.0‬‬ ‫‪13.0‬‬ ‫‪0.01 M‬‬ ‫‪0.01 M‬‬ ‫‪2.0‬‬ ‫‪12.0‬‬ ‫סקלת ה‪pH -‬‬ ‫ניטרלי‬ ‫עליה בבסיסיות‬ ‫‪14‬‬ ‫‪13‬‬ ‫])‪(aq‬‬ ‫‪12‬‬ ‫‪-‬‬ ‫עליה בחומציות ]‬ ‫‪[OH‬‬ ‫‪11‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪(aq‬‬ ‫‪+‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪[H3O‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫תגובות סתירה= תגובות של חומצה‪-‬בסיס‬ ‫הסתירה של חומצה עם בסיס מבוססות על התגובה‪:‬‬ ‫‪H   OH   H 2 O‬‬ ‫חומצות ובסיסים הינן שתי קבוצות חומרים‪ ,‬בעלי קווי אופי מנוגדים‪.‬‬ ‫‪ ‬חומצה זהו חומר המשחרר פרוטונים בתמיסה מימית ואילו‬ ‫‪ ‬בסיס זהו חומר המשחרר יוני הידרוקסיל בתמיסה מימית‪.‬‬ ‫‪ ‬חומצות ובסיסים מגיבים ביניהם ליצור מלח ומים‪ .‬יון ‪ H+‬של החומצה מגיב עם יון ההידררוקסיל‪ OH- ,‬של‬ ‫הבסיס ושניהם ביחד יוצרים מולקולת מים‪ ,‬שהיא נייטרלית (מבחינת הגדרת חומצה ובסיס) – תגובה זו היינה‬ ‫תגובת סתירה (נייטרליזציה)‪.‬‬ ‫לדוגמא תגובה בין ‪ HCl‬ו‪ NaOH -‬נוצר מלח בישול ומים‪:‬‬ ‫)‪HCl(aq) + NaOH(aq)  NaCl(s) + H2O(l‬‬ ‫תרגול‬ ‫א‪ .‬נתונה טבלת חומרים ומידע לגבי התמיסה המימית של כל אחד מהם‪:‬‬ ‫חומר‬ ‫‪.1‬‬ ‫)‪CsOH(s‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫)‪HNO3(l‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫)‪NaBr(s‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫)‪HClO4(l‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫)‪C2H5OH(l‬‬ ‫חומצית‬ ‫תמיסה מימית‬ ‫ניטרלית בסיסית‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪ ‬רשום ניסוח מתאים לכל אחת מן התמיסות‪.‬‬ ‫ב‪ .‬בחר את התשובה הנכונה ביותר ורשום תהליך מתאים כנימוק‪:‬‬ ‫‪ ‬מי מהחומרים הבאים תמיסתו המימית תכחיל נייר לקמוס אדום ?‬ ‫‪HBr .1‬‬ ‫‪H2SO4 .3‬‬ ‫‪KOH .2‬‬ ‫‪HCl .4‬‬ ‫‪ ‬למי מהחומרים הבאים תמיסה מימית בעלת ‪ pH‬שווה ל‪? 7 -‬‬ ‫‪NH3 .1‬‬ ‫‪KI .3‬‬ ‫‪HI .2‬‬ ‫ג‪ .‬נסח תגובות מאוזנות לתהליכים המתוארים‪ ,‬וציין את סוג התגובה‪:‬‬ ‫‪ .1‬לתמיסה מימית של ‪ NaOH‬מוסיפים תמיסה מימית של ‪.H2SO4‬‬ ‫‪ .2‬לתמיסה מימית של ‪ HNO3‬מוסיפים גבישי ‪. Ba(OH)2‬‬ ‫ד‪ .‬הכינו תמיסה מימית של ‪ HI‬ע"י בעבוע הגז למים‪ ,‬וחלקו את התמיסה ל‪:2 -‬‬ ‫‪ .1‬רשום ניסוח לתגובה של ‪ HI‬עם המים‪.‬‬ ‫‪ .2‬לכל מבחנה הוסיפו‪ :‬מבחנה ‪NaOH(s) :1‬‬ ‫מבחנה ‪HNO3(l) :2‬‬ ‫במקרה אחד התרחשה תגובה‪ .‬נסח את התגובה המתאימה‪.‬‬ ‫‪ .3‬הסבר כיצד יושפע ה‪[ pH -‬יעלה‪/‬ירד‪/‬לא ישתנה] ע"י הוספת החומר למבחנה‪.‬‬ ‫חומצות בסיסים ‪ -‬שאלות חישוב‬ ‫‪ .1‬מערבבים תמיסת ‪ 200 HCl‬מ"ל ‪ 2M‬עם תמיסת ‪ 200 NaOH‬מ"ל ‪.3M‬‬ ‫מהו תחום ה‪ pH -‬בתום הערבוב (חומצי‪/‬בסיסי‪/‬נאטרלי) ?‬ ‫‪ .2‬מערבבים תמיסת ‪ 100 H2SO4‬מ"ל ‪ 2M‬עם תמיסת ‪ 400 KOH‬מ"ל ‪.1M‬‬ ‫מהו תחום ה‪ pH -‬בתום הערבוב (חומצי‪/‬בסיסי‪/‬נאטרלי) ?‬ ‫‪ .3‬מערבבים תמיסת ‪ 200 HI‬מ"ל ‪ 1M‬עם תמיסת ‪ 200 Ba(OH)2‬מ"ל ‪.0.25M‬‬ ‫מהו תחום ה‪ pH -‬בתום הערבוב (חומצי‪/‬בסיסי‪/‬נאטרלי) ?‬ ‫‪ .4‬לתמיסת ‪ 400 HNO3‬מ"ל ‪ 2M‬מוסיפים גבישי ‪. Al(OH)3‬‬ ‫מהו תחום ה‪ pH -‬בתום הערבוב (חומצי‪/‬בסיסי‪/‬נאטרלי) ?‬ ‫‪ .5‬ל‪ 150 -‬מ"ל תמיסת ‪ 2M HCl‬מוסיפים ‪ 75‬מ"ל תמיסת ‪ CsOH‬לסתירה מלאה‪ .‬מהו‬ ‫נפח תמיסת‬ ‫‪ CsOH‬שהגיב בסתירה ?‬ ‫‪ .6‬ל‪ 300 -‬מ"ל תמיסת ‪ 1M NaOH‬הוסיפו תמיסת ‪ 0.2M H2SO4‬עד ל‪ pH -‬שווה ל‪7 -‬‬ ‫מהו ריכוז תמיסת ‪ H2SO4‬שהוסיפו לתגובה ?‬ ‫‪ .7‬נתונות ‪ 2‬תמיסות ‪ 100 HCl - A :‬מ"ל ‪ 200 HCl -B 1M‬מ"ל ‪.0.5M‬‬ ‫איזו תמיסה חומצית יותר ? האם ה‪ pH -‬זהה בתמיסות ? נמק‪.‬‬