يستطيع جزيء مذبذب أن يؤدي دور الحمض والقاعدة على حد سواء. الماء مثال على الجزيء المذبذب. في محلول الأمونيا المائي،يستطيع الماء أن يؤدي دور الحمض بمنحه بروتونًا للأمونيا،التي هي قاعدة.

وعلى عكس ذلك،يؤدي الماء دور القاعدة في محلول الهيدروكلوريك المائي بأتن يستقبل بروتونًا من الحمض. لأنه مذبذب،يستطيع الماء أن يتأين تلقائيًا. في هذه العملية،جزيء واحد من الماء يؤدي دور الحمض عبر منحه بروتونًا لجزيء آخر من الماء،والذي بدوره يؤدي دور القاعدة عبر استقباله ذلك البروتون.

ينتج عن هذا أيون هيدرونيوم وأيون هيدروكسيد. ثابت التوازن للتأين التلقائي للماء،Kw،الذي يُعرف كذلك بثابت ناتج الأيونات للماء،يمكن التعبير عنه بـ Kw وقيمته 1 10⁻¹⁴. تُكتب معادلة توازنه بتركيز أيونات الهيدرونيوم مضروبًا بتركيز أيونات الهيدروكسيد،دون وجود مقام،لأن كلتا المادتين المتفاعلتين من السوائل.

في الماء النقي عند درجة حرارة 25 مئوية،يتساوى تركيز أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد وتكون قيمتها 1 10⁻⁷ مولار. يمكن استخدام Kw لحساب تركيز أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد في محلول وتحديد نوع المحلول ما إذا كان حمضيًا أم قاعديًا. إذا كان المحلول حمضيًا،يكون تركيز أيونات الهيدرونيوم أعلى من تركيز أيونات الهيدروكسيد.

وعلى العكس،إذا كان المحلول قاعديًا،يكون تركيز أيونات الهيدروكسيد أعلى من تركيز أيونات الهيدرونيوم. إذا كان تركيز أيونات الهيدرونيوم في محلول يساوي 5 10⁻⁷ مولار،يمكن تحديد تركيز أيونات الهيدروكسيد باستخدام Kw.بما أن قيم Kw وأيونات الهيدرونيوم معروفة،يمكن حساب تركيز أيونات الهيدروكسيد ليكون 2 10⁻⁸ مولار. وبما أن تركيز أيونات الهيدرونيوم وقيمته 5 10⁻⁷،أعلى من تركيز أيونات الهيدروكسيد التي قيمتها 2 10⁻⁸ مولار،يكون المحلول حمضيًا.

يسمى التفاعل بين حمض برونستيدø-لوري والماء بتأين الحمض. على سبيل المثال، عندما يذوب فلوريد الهيدروجين في الماء ويتأين، يتم نقل البروتونات من جزيئات فلوريد الهيدروجين إلى جزيئات الماء، مما ينتج عنه أيونات الهيدرونيوم وأيونات الفلوريد:

يحدث التأين الأساسي لأحد الأنواع عندما يقبل البروتونات من جزيئات الماء. في المثال أدناه، تخضع جزيئات البيريدين، C₅NH₅، للتأين الأساسي عند إذابتها في الماء، مما ينتج عنه أيونات الهيدروكسيد والبيريدينيوم:

تشير تفاعلات التأين السابقة إلى أن الماء قد يعمل كقاعدة (كما في تفاعله مع فلوريد الهيدروجين) وحمض (كما في تفاعله مع الأمونيا). الأنواع القادرة على التبرع بالبروتونات أو قبولها تسمى برمائية، أو بشكل أعم، مذبذبة، وهو مصطلح يمكن استخدامه للأحماض والقواعد حسب التعريفات بخلاف برونستيدø-لوري. توضح المعادلات أدناه التفاعلين الحمضيين القاعدين المحتملين لنوعين برمائيات ، أيون البيكربونات والماء:

Equation1

تمثل المعادلة الأولى تفاعل البيكربونات كحمض مع الماء كقاعدة، بينما تمثل المعادلة الثانية تفاعل البيكربونات كقاعدة مع الماء كحامض. عند إضافة البيكربونات إلى الماء، يتم إنشاء هذين التوازن في وقت واحد ويمكن تحديد تكوين المحلول الناتج من خلال حسابات التوازن المناسبة. في الحالة السائلة ، يمكن أن تتفاعل جزيئات مادة برمائية مع بعضها البعض كما هو موضح للمياه في المعادلات أدناه:

تسمى العملية التي تتفاعل فيها الجزيئات المتشابهة مع إنتاج الأيونات بالتأين الذاتي. يخضع الماء السائل للتأين الذاتي إلى حد ضئيل للغاية 25 °C، يتأين ما يقرب من اثنين من كل مليار جزيء ماء. ينعكس مدى عملية التأين الذاتي للماء في قيمة ثابت التوازن ، ثابت المنتج الأيوني للماء _W:

Equation2

ينعكس التأين الطفيف للمياه النقية في القيمة الصغيرة لثابت التوازن ؛ في 25 °C, K_W لها قيمة 1.0 × 10⁻¹⁴.

Equation3

هذه العملية ماصة للحرارة، وبالتالي يزداد مدى التأين والتركيزات الناتجة من أيون الهيدرونيوم وأيون الهيدروكسيد مع زيادة درجة الحرارة. على سبيل المثال، عند 100 °C، تكون قيمة K_W حوالي 5.6 × 10⁻¹³، تقريبًا أكبر بمقدار 50 مرة من القيمة عند 25 °C.

ينتج عن التأين الذاتي للماء نفس عدد أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد. لذلك، في الماء النقي عند 25 °C:

Equation4

غالبًا ما تكون تركيزات هذه الأيونات في المحلول محددات حاسمة لخصائص المحلول والسلوكيات الكيميائية لمذاباته الأخرى، وقد تم تطوير مفردات محددة لوصف هذه التركيزات بمصطلحات نسبية. يكون المحلول متعادلاً إذا كان يحتوي على تركيزات متساوية من أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد؛ حمضي إذا كان يحتوي على تركيز أيونات الهيدرونيوم أكبر من أيونات الهيدروكسيد؛ وأساسي إذا كان يحتوي على تركيز أقل من أيونات الهيدرونيوم من أيونات الهيدروكسيد.

ملخص العلاقات للحلول الحمضية والأساسية والمحايدة

التصنيف	تركيزات الأيون النسبية	درجة حموضة 25 °C
حمضي	[H3O⁺] > [OH⁻]	الرقم الهيدروجيني < 7
الوضع المحايد	[H3O⁺] = [OH⁻]	الرقم الهيدروجيني = 7
أساسي	[H3O⁺] < [OH⁻]	الرقم الهيدروجيني > 7

تم اقتباس هذا النص من Openstax, Chemistry 2e, Section 14.1: Brønsted-Lowry Acids and Bases, and Section 14.2: pH and pOH.

Tags

PLAYLIST