Թթուներ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Jump to navigation Jump to search

Թթուներ, քիմիական միացություններ, էլեկտրոլիտներ, որոնք դիսոցվելիս առաջացնում են ջրածնի կատիոն (H+, Բրյոնսթեդի թթուներ) և թթվային մնացորդի անիոններ կամ միացություններ, որ կարող են ընդունել էլեկտրոնային զույգ կովալենտ կապի ձևավորմամբ (Լյուիսի թթուներ)[1]։ Մասնավորապես՝ թթուների բաղադրությունն արտահայտվում է հետևյալ ընդհանուր բանաձևերով. HnR որտեղ R-ը մնացորդ է, n-ը՝ ջրածնի ատոմների թիվը։ Թթվի բաղադրությունում առկա և մետաղի ատոմով (ատոմներով) տեղակալվելու ընդունակ ջրածնի ատոմների թիվը, որը բնորոշում է թթվի հիմնայնությունը, կարող է չհամընկնել թթվի բաղադրությունում առկա ջրածնի ատոմների ընդհանուր թվին։ Այսպես՝ ֆոսֆորային թթուն (H3PO3) ոչ թե եռահիմն է (ինչպես կարելի էր եզրակացնել այդ թթվի քիմիական բանաձևից), այլ՝ երկհիմն։ Պատճառն այն է, որ տվյալ թթվի բաղադրությունում առկա ջրածնի 3 ատոմից միայն երկուսը կարող է մետաղի ատոմներով տեղակալվել։ Ահա թե ինչու ֆոսֆորային թթվի առավել ճշգրիտ քիմիական բանաձևն է H2(HPO3

Կենցաղում ու տեխնիկայի ոլորտում թթու սովորաբար կոչվում են Բրյոնսթեդի թթուները, որոնք ջրային լուծույթներում առաջացնում են հիդրօքսոնիումի իոնի ավելցուկ՝ H3O+։ Այդ իոնների առկայությունը պայմնավորում է թթուների լուծույթները թթվային համը, հայտանյութերի գույնը փոխելու ունակությունը, իսկ բարձր խտության դեպքում՝ թթուների գրգռիչ հատկությունը։ Թթվի Ջրածնի ատոմներն ունակ են տեղակալվել մետաղների ատոմներով՝ առաջացնելով աղեր, որոնք պարունակում են մետաղների կատիոններ ու թթվային մնացորդի անիոններ։

Թթուների սահմանում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Թթուների մասին պատկերացումների զարգացման պատմություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Թթուների ու հիմքերի առաջին տեսության ստեղծող Սվանտե Արենիուսը

Թթուները՝ որպես քիմիական միացությունների դաս, որ օժտված են մի շարք մոտ հատկություններով, հայտնի են հին ժամանակներից։

1778 թվականին ֆրանսիացի քիմիկոս Անտուան Լավուազիեն ենթադրել է, որ թթվային հատկությունները պայմանավորված են նրանց կազմում թթվածնի առկայությամբ։ Այդ վարկածը եղել է անհիմն, քանի որ շատ թթուներ իրենց կազմում չունեն թթվածին, իսկ թթվածին պարունակող բազմաթիվ միացություններ չեն ցուցաբերում թթվային հատկություններ։ Այնուամենայնիվ, հենց այդ վարկածն է հիմք հանդիսացել անվանում տալու թթվածնին՝ որպես քիմիական տարրի[2]։ 1833 թվականին գերմանացի քիմիկոս Յուստուս Լիբիխը սահմանել է թթուն՝ որպես ջրածին պարունակող միացություն, որում ջրածինը կարող է տեղակալվել մետաղով[2]։

Թթուների ու հիմքերի ընդհանուր տեսության ստեղծման առաջին փորձը նախաձեռնել է շվեդ ֆիզիկաքիմիկոս Սվանտե Արենիուսը։ 1887 թվականին ձևակերպված նրա տեսության մեջ թթուն սահմանվում է որպես միացություն, որը դիսոցվում է ջրային լուծույթում՝ առաջացնելով H+ ջրածնի իոններ[2]։ Շուտով պարզվել է Արենիուսի տեսության սահմանափակ լինելը։ Նախ բացահայտվել է, որ անհնար է պատկերացնել չսոլվատացված Н+ կատիոնի գոյությունը լուծույթում, երկրորդ՝ Արենիուսի տեսությունը հաշվի չի առնում լուծիչի ազդեցությունը թթվահիմնային հավասարակշռության վրա, ի վերջո պարզվել է, որ տեսությունը կիրառելի չէ ոչ ջրային համակարգերի վերաբերյալ[3]։

Համաձայն Ֆրանկլինի սոլվենտային տեսության, որ ստեղծվել է 1924 թվականին, թթու կոչվել է այն նյութը, որը լուծվելիս ավելացրել է այն կատիոնների թիվը, որոնց ձևավորվում են լուծիչի դիսոցման ժամանակ։ Տվյալ տեսությունը կարևոր դեր է կատարել թթուների ոչ ջրային լուծույթների ուսումնասիրման համար։ Թթուների ու հիմքերի քիմիական տեսությունը ձևավորվել է Ա. Հանչի (1917-1927) աշխատանքներում։ Ըստ Հանչի՝ թթուներ կոչվում են ջրածնի այն միացությունները, որոնցում ջրածինը կարող է տեղակալվել մետաղով կամ ոչ մետաղական ռադիկալով՝ առաջացնելով աղ[2]։

1923 թվականին ստեղծվել են Բրյոնսթեդ-Լոուրիի ու Լյուիսի տեսությունները, որոնք լայնորեն կիրառվում են ներկայում[4]։

Թթուն Բրյոնսթեդ-Լոուրիի տեսությունում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Համաձայն Բրյոնսթեդ-Լոուրիի տեսության՝ քացախաթթու, փոխանցելով պրոտոն ջրի հետ ռեակցիայի ընթացքում, հանդես է գալիս որպես Բրյոնսթեդի թթու, միևնույն ժամանակ ձևավորվում են ացետատ-իոն և հիդրօքսոնիումի կատիոն, որոնք հանդիսանում են զուգորդված հիմք և զուգորդված թթու

Թթուների ու հիմքերի պրոտոնային տեսությունում, որն միմյանցից անկախ ու գրեթե միաժամանակ առաջ են քաշել 1923 թվականին դանիացի գիտնական Յոհաննես Նիկոլաուս Բրյոնսթեդն ու անգլիացի գիտնական Թոմաս Մարտին Լոուրին (Լաուրի), թթու է կոչվում այն միացությունը կամ մոլեկուլային իոնը, որն ունակ է տալ պրոտոն քիմիական այլ միացության՝ հիմքի[5]։ Ըստ Բրյոնսթեդ-Լոուրիի տեսության՝ թթուների ու հիմքերի քիմիական փոխազդեցությանը միշտ մասնակցում են պրոտոնի դոնոր թթվածինը (Բրյոնսթեդի թթու) և նրա հետ զուգորդված հիմքը՝ ցանկացած միացություն, որն ունակ է իրեն միացնել պրոտոնը (Բրյոնսթեդի հիմք)։ Քանի որ հիմքը կարող է դիտարկվել որպես թթվից պրոտոն պոկելու արդյունք, թթվի էլեկտրական լիցքը միշտ մեկ միավոր պակաս է փոխադարձաբար նրա հետ զուգորդված հիմքի լիցքից։ Օրինակ՝ HCl թթվին համապատասխանում է նրա հետ զուգորդված հիմքը՝ Cl քլորիդ-իոնը[6][2]։

Թթուն Լյուիսի տեսությունում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Լյուիսի թթուն (А) Լյուիսի հիմքի (В) էլեկտրոնային զույգի ակցեպտոր է և նրա հետ կազմում է կովալենտ կապ

Ըստ էլեկտրոնային տեսության, որն առաջարկվել է 1923 թվականին ամերիկացի ֆիզիկաքիմիկոս Գիլբերտ Նյուտոն Լյուիսի կողմից, թթուն նյութ է, որն ընդունում է էլեկտրոնային զույգ և ձևավորում կապ Լյուիսի հիմքի հետ այդ էլեկտրոնների զույգի հաշվին[7]։ Լյուիսի տեսությունում թթուներ կարող են լինել չլրացված ութէլեկտրոն մոլեկուլները թաղանթով (BF3, SO3), կոմպլեքս ձևավորող մետաղների մոլեկուլներ (Fe2+, Zn2+), անցումային տարրերի հալոգենիդներ (TiCl4), բևեռային երկակի կապերով մոլեկուլներ (SO2), կարբոկատիոններ։ Ի տարբերություն Բրյոնսթեդ-Լոուրիի տեսության՝ Լյուիսի տեսությունն ավելի ընդհանուր է և ընդգրկում է թթուների ավելի լայն շրջանակ[3][4]։

Վճռորոշ հատկությունը, որով պայմանավորված է Լյուիսի թթվի՝ Լյուիսի հիմքի հետ փոխազդելու ունակությունը, էներգետիկ համապատասխանությունն է էլեկտրոնային զույգն ընդունող ստորին ազատ մոլեկուլային օրբիտալի և վերին զբաղված մոլեկուլային օրբիտալի միջև, որի հետ գնում է այդ էլեկտրոնային զույգը։ Այդ ունակությունը հաշվի է առնվել Պիրսոնի կոշտ և փափուկ թթուների ու հիմքերի սկզբունքի (ԿՓԹՀ սկզբունք) շրջանակներում։ Տվյալ սկզբունքը սահմանում է, որ փափուկ թթուներն ավելի հակված են փոխազդելու փափուկ հիմքերի հետ, կոշտ թթուները՝ կոշտ հիմքերի։ Ընդ որում՝ կոշտ թթուներ ասելով նկատի են առնվում Լյուիսի թթուները, որոնք ունեն մեծ դրական լիցք, մեծ էլեկտրաբացասականություն և ցածր բևեռացվելիություն։ Փափուկ թթուները, ընդհակառակը, ունեն փոքր դրական լիցք, ցածր էլեկտրաբացասականություն և բարձր բևեռացվելիություն։ Քանի որ այդ հատկությունները փոխվում են սահուն կերպով, Լյուիսի թթուների շարքը միջանկյալ տեղ է զբաղեցնում կոշտ և փափուկ թթուների միջև[4]։ ԿՓԹՀ սկզբունքը չունի թթուների ուժի գնահատման քանակական չափանիշ, այդ պատճառով էլ այն չի կարող կիրառվել վերլուծական հաշվարկների համար[3]։

Թթուների և հիմքերի դասակարգումը ԿՓԹՀ սկզբունքի շրջանակներում[4][8]
Կոշտ թթուներ Միջակա թթուներ Փափուկ թթուներ
H+, Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Al3+, Cr3+, Fe3+, BF3, B(OR)3, AlR3, AlCl3, SO3, BF3, RCO+, CO2, RSO2+ Cu2+, Fe2+, Zn2+, SO2, R3C+, C6H5+, NO+ Ag+, Cu+, Hg2+, RS+, I+, Br+, Pb2+, BH3,
Կոշտ հիմքեր Միջակա հիմքեր Փափուկ հիմքեր
OH, RO, F, Cl, RCOO, NO3, NH3, RNH2, H2O, ROH, SO42−, CO32−, R2O, NR2, NH2 Br, C6H5NH2, NO2, C5H5N RS, RSH, I, H, R3C, ալկեններ, C6H6, R3P, (RO)3P

Թթուն Ուսանովիչի ընդհանուր տեսությունում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

1939 թվականին Միխայիլ Ուսանովիչը ձևակերպել է թթուների ու հիմքերի ընդհանուր տեսություն, որի համաձայն՝ թթու է այն մասնիկը, որը կարող է տալ կատիոններ, այդ թվում նաև պրոտոն, կամ միացնել անիոններ, այդ թվում նաև էլեկտրոն։ Այդպիսով՝ թթու հասկացությունը, ըստ Ուսանովիչի, ներառում է ինչպես Բրյոնսթեդի, այնպես էլ Լյուիսի թթուները, ինչպես նաև թթվեցուցիչները (օքսիդացնող)[3]։ Դրանից բացի, թթվայնության, ինչպես նաև հիմնայնության հասկացություններն Ուսանովիչի տեսությունում դիտարկվում են ոչ թե որպես նյութի ֆունկցիա, այլ դեր, որն այն կատարում է՝ կախված ռեակցիայի մյուս մասնակցից[9]։

Դասակարգում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Լյուիսի և Բրյոնսթեդի թթուների բաժանվելուց բացի ընդունված է դրանք դասակարգել ըստ տարբեր հատկանիշների՝

  • անթթվածին (HCl, H2S),
  • թթվածին պարունակող (HNO3, H2SO4
  • Ըստ ջրածնի թթվային ատոմների թվի[10].
  • Ըստ ուժեղության՝
  • Ըստ կայունության՝
  • Ըստ քիմիական միացությունների դասերին պատկանելության՝
  • Ըստ ցնդելիության՝
    • Ցնդող (HNO3,H2S),
    • Չցնդող (H2SO4
  • Ըստ ջրում լուծելիության՝
  • Ըստ մետաղի ատոմներ պարունակելու՝
    • Մետաղ պարունակող (HMnO4, H2TiO3),
    • Մետաղ չպարունակող (HNO3, HCN

Ստացման եղանակներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Թթուների հարաբերական ուժը ջրում և քացախաթթվում

Անթթվային թթուների զգալի մասը (ֆտորաջրական՝ HF, քլորաջրածնական՝ HCl, բրոմաջրածնակն՝ HBr, յոդաջրածնական՝ HJ, ծծմբաջրածնական՝ H2S, և այլ թթուներ) ստացվում են՝ համապատասխան գազային ջրածնային միացությունները ջրում լուծելով։ Այդ գազային ջրածնային միացությունների ստացման հիմնական եղանակններն են՝

  • Ջրածնի և համապատասխան ոչ մետաղի անմիջական փոխազդեցությունը.

Համապատասխան աղի և այլ՝ ավելի ուժեղ թթվի փոխազդեցությունը.

  • Թթուների ստացման լաբորատոր եղանակ.
  • Թթուների ստացման արդյունաբերական եղանակ.

Թթվածնային թթուների ստացման հիմնական եղանակը՝ համապատասխան օքսիդի ու ջրի փոխազդեցությունն է, օրինակ.

Թթվածնային թթու է ստացվում նաև այդ թթվի աղի և այլ թթվի փոխազդեցությունից, եթե ստացվող թթուն, փոխազդող թթվի համեմատ՝ ցնդող է.

Որպես ռեակցիայի արգասիք՝ ջրում անլուծելի աղ կամ թթու է առաջանում.

Մրջնաթթու

Անթթվածնային թթուներին համապատասխանող գազեր կարելի է ստանալ և որոշ այլ փոխազդեցություններից։ Օրինակ՝ ավելի ակտիվ ոչ մետաղները դուրս են մղում պակաս ակտիվները համապատասխան թթուներից.

Ծծմբաջրածին՝ առաջանում ակտիվ մետաղների ու խիտ ծծմբական թթվի փոխազդեցությունից, օրինակ.

Թթվածնային թթուներ նույնպես կարելի է ստանալ որոշ այլ փոփազդեցություններից, օրինակ.

Քիմիական հատկությունները[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

բորաթթու

Թթուների քիմիական հատկությունները՝

  • Թթուների փոխազդեցությունը հայտանյութերի հետ.

Բոլոր թթուների ջրային լուծույթները գունավորում են հայտանյութերը.

  • լակմուսը (լ)՝ կարմիր,
  • մեթիլօրանժը(մօ)՝ մուգ վարդագույն,
  • իսկ ֆենոֆտալեինը(ֆֆ)՝ թթուներում չի գունավորվում։

Բոլոր թթուները դիսոցվելիս առաջացնում են ջրածին H+ կատիոններ (H3O)+ հիդրօքսոնիում իոններ, որոնք էլ պայմանավորում են թթուների մյուս ընդհանուր հատկությունները, օրինակ.

  • HCl ↔ H+ + Cl-
  • (HCl + H2O = (H3O) + +Cl-)
  • Թթուների փոխազդեցությունը հիմքերի հետ.

Թթուներին առեավել բնորոշ է հիմքերի (ինչպես ալկալիների, այնպես էլ՝ ջրում լուծվող) հետ փոխազդեցությունը՝ չեզոքացման ռեակցիան, որի հետևանքով աղ և ջուր են առաջանում, օրինակ.

  • Թթուներին փոխազդեցությունը հիմնային օքսիդների հետ.

Թթուներին նույնքան բնորոշ է հիմնային օքսիդների հետ փոխազդեցությունը, որը նույնպես հանգեցնում է աղի ու ջրի առաջացման, օրինակ.

  • Թթուների փոխազգեցությունը մետաղների հետ.

Թթուների ու մետաղների փոխազդեցությունից աղ է առաջանում, և ջրածին է անջատվում։ Թթուների մեծ մասի լուծույթների հետ այդպես են փոխազգում այն մետաղները, որոնք մետաղների համեմատական ակտիվության շարքում ջրածնից առաջ(ձախ) են տեղադրված, օրինակ.

  • Թթուների փոխազդեցությունն աղերի հետ.
  • ա) անուծելի թթու.
  • բ) թույլ (քիչ դիսոցվող) թթու.
  • գ) անկայուն թթու.
  • դ) անլուծելի աղ.

Անկայուն թթուները տաքացնելիս քայքայվում են, ընդ որում՝ սովորաբար առաջանում են ջուր և թթվին համապատասխանող անհիդրիդ, բայց կարող են և այլ արգասիքներ ստացվել, օրինակ.


Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  1. «IUPAC Gold Book — Acid»։ Արխիվացված օրիգինալից-ից 2013-04-17-ին։ Վերցված է 2013-04-15 
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 Химическая энциклопедия / Под ред. И. Л. Кнунянца. — М: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 2. — С. 393—395. — ISBN 5-85270-039-8
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 Золотов Ю. А., Дорохова Е. Н., Фадеева В. И. и др. Основы аналитической химии. Книга 1. Общие вопросы. Методы разделения / Под ред. Ю. А. Золотова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М: Высшая школа, 1999. — С. 118. — ISBN 5-06-003558-1
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 Москва В. В. Понятие кислоты и основания в органической химии // Соросовский образовательный журнал. — 1996. — № 12. — С. 33—40.
  5. «IUPAC Gold Book — Brønsted acid»։ Արխիվացված օրիգինալից-ից 2013-04-17-ին։ Վերցված է 2013-04-15 
  6. «IUPAC Gold Book — conjugate acid–base pair»։ Արխիվացված օրիգինալից-ից 2013-04-17-ին։ Վերցված է 2013-04-15 
  7. «IUPAC Gold Book — Lewis acid»։ Արխիվացված օրիգինալից-ից 2013-04-17-ին։ Վերցված է 2013-04-15 
  8. Золотов и др., 1999, էջ 152
  9. Кусаинова К. М. Нет ни кислот, ни оснований! Об одной полузабытой теории и её творце // Химия и жизнь. — 2004. — № 6. — С. 40—44.
  10. 10,0 10,1 Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия. Неорганическая химия. 8 класс. — 15-е изд. — М: Просвещение, 2011. — С. 101. — ISBN 978-5-09-025532-5

Գրականություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  • Реутов О. А., Курц А. Л., Бутин К. П. Органическая химия. — 3-е изд. — М: Бином. Лаборатория знаний, 2010. — Т. 1. — 567 с. — ISBN 978-5-94774-613-6
  • Шрайвер Д., Эткинс П. Неорганическая химия = Inorganic Chemistry / Пер. с англ. М. Г. Розовой, С. Я. Истомина, М. Е. Тамм, под ред. В. П. Зломанова. — М: Мир, 2004. — Т. 1. — 679 с. — ISBN 5-03-003628-8

Արտաքին հղումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]