Kislotalar va asoslar

Kislota tushunchasiga suvdan vodorod ionini ajratib chiqaradigan modda deb; yoki, o‘zidagi protonni boshqa moddaga uzata oladigan modda deb; yoki, elektron juftlikni o‘ziga biriktirib olish xususiyatiga ega bo‘lgan modda deb ta’rif berish mumkin.

Asos tushunchasiga esa, suvdan gidroksid-ion ajratib chiqaradigan modda deb; yoki, proton qabul qila oladigan modda deb, yoki, elektron juftlikni uzata oladigan modda deb ta’rif berish mumkin.

Biz o‘zimizning kundalik maishiy turmush tajribamizdan kelib chiqib, ayrim moddalarning o‘ta faol korrozion xossalarga ega ekanini yaxshi bilamiz. Masalan, avtomashina akkumulyatoridagi kislota kiyimga tegib ketsa, u kiyimning o‘sha joyini darhol kuydiradi va teshib qo‘yadi (yemirib yuboradi). Biz uyni tozalash, xususan, kafellar va vannani artish uchun ba’zan ammiak eritmalaridan, yoki, boshqa tozalash vositalaridan foydalanamiz. Ushbu korrozion faol moddalar kimyogarlarga professional tilda kislotalar va asoslar nomi ostida yaxshi ma’lum.

Yuzaki jihatda ularni o‘zaro farqlash unchalik ham qiyin emas. Kislotalarning ta’mi nordon bo‘ladi va indikator qog‘ozni (lakmus qog‘ozini) qizil rangga bo‘yaydi. Asoslar esa, qo‘lga tekkanda, sovun singari sezgi uyg‘otadi va indikator qog‘ozni ko‘k rangga bo‘yaydi. Lekin, kimyogarlar bu kabi fenomenologik aniqlash usullari bilan kifoyalanmaydilar. Ular, moddaning aynan kislota yoki, asos bo‘lib qolishiga molekulyar darajadagi sabab nima ekani haqidagi savol bilan ko‘proq qiziqadilar. Mana, deyarli bir asrdan ko‘proq muddat o‘tibdi-ki, kimyogarlar kislotalar va asoslarni eng fundamental miqyosda farqlash ustida kalla qotirib kelmoqdalar.

Kislotalarga ta’rif berishga qaratilgan birinchi urinish — 1778-yilda Antuan Lavuaze tomonidan amalga oshirilgan edi. U, o‘sha paytda trendda bo‘lgan flogiston nazariyasini inkor etuvchi qator ilmiy tekshirishlar olib borgan va yonish jarayonida aynan qanday fizik-kimyoviy hodisalar sodir bo‘lishini ko‘rsatib bergan edi. Lavuaze, moddalar yonayotganda ular bilan birikib oladigan havodagi gazni kislorod (oxygen) deb atagan. Bu so‘zning ma’nosi «kislota tug‘diruvchi» degani bo‘lib, lekin, Lavuaze nom tanlashda biroz adashgan edi. U barcha kislotalar tarkibida albatta kislorod bo‘ladi deb ishongan va shu sababli, havoda 21% ulushda mavjud bo‘lgan, hamda, yonishga yordam beradigan gazni aynan «kislota tug‘diruvchi» deb nomlab qo‘ygan.

Arreniusning ta’rifi

Kislota va asos tushunchalarini farqlashning zamonaviy yondoshuvini shved kimyogari Svante Arrenius (1859-1927) boshlab bergan. Uning kislota tushunchasiga bergan ta’rifi juda oddiy va lo‘nda edi: agar biror modda suvda eritilganda vodorod ioni (ya’ni, proton — H⁺) ajralib chiqishiga sabab bo‘lsa, u — kislota bo‘ladi. Agar, basharti, modda suvda erish jarayonida gidroksid-ion (OH^–) ajralib chiqishiga sabab bo‘lsa, u — asos bo‘ladi.

Ushbu ta’rifga binoan, mohiyatan, oltingugurt kislotasining suvdagi eritmasi (H₂SO₄) bo‘lmish — akkumulyator kislotasi bu — kislota bo‘ladi. Chunki, oltingugurt kislotasidagi vodorod atomlari eritmada vodorod ionlariga aylanadi. Shuning singari, natriy gidroksid (NaOH) — asos hisoblanadi; chunki u suvda gidroksid-ion ajratib chiqaradi. Ushbu ta’rif, kislota va asoslar nima sababdan bir-birini neytrallashini izohlab ham beradi. Gidroksid-ion vodorod ioni bilan to‘qnash kelganda, ular birikib, oddiy H₂O molekulasi, ya’ni, suv hosil qiladi.

o‘rni kelganda aytib o‘tish joizki, Svante Arrenius, kimyo ilmidan tashqari, o‘sha zamonlarda keng muhokama markazida bo‘lgan yana bir ilmiy bahs — Yerdan boshqa sayyoralarda hayot mavjudmi, yo‘qmi, Koinotdan bizdan boshqa ham ongli mavjudotlar bormi? — qabilidagi munozaralarda juda faol ishtirok etgan. U panspermiya nazariyasi tarafdori bo‘lgan. Ushbu nazariyaga ko‘ra, hayot Koinotning qayeridadir bir marta vujudga kelishi yetarli bo‘ladi va keyinchalik, ushbu hayot nishonalarini Mikroorganizmlar tomonidan sayyoralardan-sayyoralarga kosmos orqali tashib yurish mumkin bo‘ladi deb qaraladi. Ya’ni, bu nazariya tarafdorlari, Koinotning turli joylarida hayot shakllari bir-biridan mustaqil shakllanishi shart emas, aynan bir ko‘rinishdagi hayot shaklini kosmos orqali Mikroorganizmlar turli jismlar vositasida, masalan, meteoritlar va kometalar yordamida tashib yurishi mumkin deb hisoblaydilar. Keyinchalik, ushbu nazariya o‘rniga yo‘naltirilgan panspermiya nazariyasi maydonga chiqqan. Unga ko‘ra esa, galaktikaning qayeridadir qandaydir yuksak taraqqiy etgan sivilizatsiya mavjud bo‘lib, u butun Koinot bo‘ylab o‘ziga tegishli hayot shakllaridan nishona saqlovchi vositalarni tarqatib yuradi va bunday hayot shakliga mos kelgan sayyoralarga o‘rnashib, uni ishg‘ol qilib boradi degan gipoteza ilgari suriladi. Lekin, ushbu nazariyalarning barchasi shunchaki gipoteza darajasidan nariga o‘tmagan bo‘lib, u hayot eng birinchi bo‘lib aynan qayerda va qanday vujudga kelgan? — degan savolga javob bera olmaydi.

Bryonsted-Lauri ta’rifi

Aslida, Arreniusning ta’rifi yetarlicha darajada aniq va lo‘nda. Lekin, uning qo‘llanish sohasi biroz tor. Chunki, bu ta’rif bilan, faqat moddalarning suvdagi eritmalarini kislota yoki asos deb aniqlash uchun kifoya qiladi xolos. Masalan quyidagi reaksiya uchun Arreniusning ta’rifi kamlik qilib qoladi: agar siz, xlor kislotasi (HCl) bilan ammiak (NH₃) quyilgan idishlarni yonma-yon qo‘yib, jarayonni kuzatsangiz, har ikkala suyuqlik sirtidan oq tutun ko‘rinishida bug‘ ko‘tarila boshlaydi. Bu ikkala moddaning bug‘lari yuqorida, havoda o‘zaro NH₃+HCl→NH₄Cl tarzida reaksiyaga kirishib, ya’ni, kislota va asos o‘zaro birikishi natijasida ammoniy xlorid hosil qiladi. Ko‘rib turganingizdek, ushbu reaksiyada suv ishtirok etmayapti va shu sababli ham bu o‘rinda, Arreniusning ta’rifi yetarli bo‘lmay qolmoqda.

Masalani o‘rganib chiqqan Daniyalik kimyogar Yoxannes Nikolaus Bryonsted (1879-1947) hamda, Britaniyalik kimyogar Tomas Martin Lauri (1847-1936) birgalikda, kislota va asos tushunchasiga yangicha ta’rif taklif etishgan edi. Ularning ta’rifiga ko‘ra, kislota bu — protonni (ya’ni, vodorod ioni H⁺ ni) bera oladigan ion yoki, molekuladir; asos esa, protonni qabul qila oladigan molekula yoki, ion bo‘ladi. Albatta, agar qaralayotgan reaksiya suvda yuz berayotgan bo‘lsa, Bryonsted-Lauri ta’rifi ham Arreniusning ta’rifi bilan bir xil bo‘lib chiqadi; biroq, ushbu ta’rif, yuqoridagi ammoniy xlorid hosil bo‘lishi singari, suv yo‘q bo‘lgan sharoitda kechadigan reaksiyalarga ham taalluqli bo‘laveradi.

Lyuis ta’rifi

Vanihoyat, kislota va asos tushunchasiga ta’rif berishda amalga oshirilgan oxirgi umumlashtiruv, moddani kislota yoki asos deb topish masalasida, Arrenius aytganidek, reaksiyada suv ishtirok etishi, yoki, Bryonsted va Lauri ta’kidlaganidek, protonlar hosil bo‘lishi singari shartlardan xalos qildi. Ushbu umumlashtiruvchi ta’rifni 1923-yilda AQSHlik kimyogar Gilbert Nyuton Lyuis (1875-1946) taklif etgan. Lyuis ta’rifiga ko‘ra, u yoki bu moddani kislota, yoki asos deb aniqlanishi, kimyoviy reaksiya jarayonida protonlarni olinayotgani, yoki, berilayotganiga qarab emas, balki, kislota va asoslar orasidagi kimyoviy reaksiyalarda kimyoviy bog‘lar qanday yo‘l bilan vujudga kelayotganiga qarab belgilanadi. Lyuis ta’rifiga ko‘ra, kislota bu elektron juftlikni qabul qila oladigan va natijada Kovalent bog‘ hosil qilishi mumkin bo‘lgan kimyoviy birikmadir; asos esa, elektron juftlikni bera oladigan kimyoviy birika bo‘ladi.

Lyuis ta’rifini biz yuqorida bekorga umumlashtiruvchi ta’rif demadik. Chunki, bu ta’rif Arreniusning ham, Bryonsted-Lauri ta’rifini ham yagona va lo‘nda izoh ostida birlashtiradi. Ya’ni, umumlashtiradi. Shuningdek, Lyuis ta’rifini, jarayonda vodorod ishtirok etmaydigan reaksiyalar uchun ham hech bir cheklovsiz qo‘llash mumkin. Masalan, oltingugurt dioksidi kislorod ioni bilan reaksiyaga kirishganida, oltingugurt angidridi hosil bo‘ladi (kislotali yomg‘irlar vujudga kelishida ushbu birikma katta ahamiyatga ega bo‘ladi). Ushbu reaksiyada, kislorod ioni o‘zidagi ikkita elektronni beradi va natijada kovalent bog‘ hosil qiladi. Ya’ni, bu o‘rinda, kislorod ioni o‘zini xuddi asosdek tutadi. Oltingugurt dioksidi esa, ushbu elektronlarni qabul qiladi va u o‘zini xuddi kislotadek tutadi. Ushbu reaksiyada suv ham, proton ham ishtirok etmaydi va ko‘rib turganingizdek, uning uchun, Arreniusning ham, Bryonsted-Lauri ta’riflari ham kamlik qilgan bo‘lardi. Shu sababli ham, hozirda eng maqbul va keng qamrovli ta’rif bu Lyuis ta’rifi sanaladi.

pH ko‘rsatkichi: kislotaviylikni aniqlash

Suvdagi eritmalar uchun, mazkur eritmaning kislota yoki, asos ekanligini bildiruvchi, buning uchun esa, eritma tarkibidagi kislota, yoki, asos konsentratsiyasini aniqlovchi maxsus sistemadan foydalaniladi. Ushbu sistemani esa, Bryonsted-Lauri ta’rifi orqali osonroq tushuntirish mumkin. Toza (sof) suvda, har bir vaqt lahzasida albatta qandaydir H₂O molekulalari vodorod ionlari (H⁺), hamda, gidroksid-ionlar (OH^–) ga dissotsiyalanadi. Shu bilan birga, aynan shu vaqtda, H⁺, va OH^– ionlarining qandaydir birikmalari o‘zaro birikadi va suv molekulasini hosil qiladi. Shu tariqa, suvda doimo vodorod ionlari (protonlar) mavjud bo‘ladi. Sof suvdagi vodorodning molyar konsentratsiyasi, har bir litrda 10^–7 molni tashkil qiladi. Bu shuni anglatadiki, har bir o‘n million H₂O molekulasidan bittasi ion shaklida turgan bo‘ladi.

Biror bir suyuqlikning pH ko‘rsatkichi, undagi vodorod ionlari sonidan kelib chiqqan tarzda, mazkur suyuqlikning mohiyatan kislota, yoinki, asos ekanligini ifodalab beradi. pH — inglizchadagi «power of Hydrogen», ya’ni, «vodorod ko‘rsatkichi» so‘zining bosh harflaridan yasalgan shartli belgi sanaladi. Yuqorida bayon qilingan ilmiy faktdan kelib chiqib, sof suvning vodorod ko‘rsatkichi pH=7 qilib belgilangan. 7 — bu, 10^–7 dagi daraja ko‘rsatkichi bo‘lib, uni musbat qulaylik uchun ishora bilan olingan. pH=7 bo‘lgan suyuqlik, ya’ni, sof suv kislota va asoslar orasida neytral suyuqlik sanaladi. Suyuqlikning vodorod ko‘rsatkichi 7 dan kamayishi bilan uning kislotaviylik xossasi ortib boradi va aksincha, 7 dan ortishi bilan, uning asoslik darajasi ortib boradi. Vodorod ko‘rsatkichi qancha kichik bo‘lsa, ushbu suyuqlik shuncha kuchli kislota bo‘ladi. Vodorod ko‘rsatkichi qancha katta bo‘lsa, unda bu suyuqlik shunchalik kuchli asos bo‘ladi.

Agar sof suvga kislota aralashtirilsa, undagi vodorod konsentratsiyasi ko‘tariladi. Masalan, sof suvga xlor kislotasi (HCl) qo‘shib borib, pH=1 gacha yetkazilsa, ya’ni, 1 litr aralashmadagi vodorod konsentratsiyasi 10^–1 gacha tushirilsa, oshqozon shirasining pH ko‘rsatkichiga taxminan teng bo‘lgan kislota hosil qilamiz.

Xuddi shu tarzda, sof suvga gidroksid-ionlar qo‘shib borish orqali, eritmaning asoslik darajasini orttirish mumkin. Masalan, maishiy foydalanish uchun chiqariladigan ammiakdagi OH^– konsentratsiyasi 10^–11 tashkil qiladi. Ya’ni, uning pH ko‘rsatkichi 11 ga teng. 11 soni esa, 7 dan katta ekanligini siz yaxshi bilasiz va demak, ammiak bu — asos bo‘ladi.

Ba’zi suyuqliklarning pH ko‘rsatkichi