פונקציות כימיות: חומצות, בסיסים, מלחים ותחמוצות

פונקציה כימית היא קבוצה של חומרים בעלי תכונות דומות. תכונות אלה נקראות פונקציונליות, שכן הן קובעות את התנהגות החומרים.

הפונקציות הכימיות האורגניות העיקריות הן: חומצות, בסיסים, מלחים ותחמוצות.

חומצות

חומצות הן תרכובות הנוצרות על ידי קשרים קוולנטיים, שבהם חולקים אלקטרונים. על פי הכימאי סוואנטה ארחניוס (1859-1927) תרכובות אלו משחררות יוני H⁺ כאשר הם נמצאים במגע עם מים.

איך מזהים חומצה?

הנוסחה הכללית לחומצה היא H_איקסA, כאשר A מייצג את האניון, H הוא מימן ו- x הוא מספר האטומים של יסוד זה הקיים במולקולה.

כיום אנו יודעים שבמגע עם מים חומצה משחררת את ה- H כקטיון היחיד.⁺ ויוצר את יון ההידרוניום על יינון. יתר על כן, כאשר חומצות מיוננות בתמיסה מימית, הן מסוגלות להוביל חשמל.

כוחה של חומצה נמדד על ידי יכולתה ליינון במגע עם מים. ככל שמולקולות חומצה מייננות יותר במים, כך החומצה חזקה יותר.

דוגמה: HCl היא חומצה חזקה, מכיוון שיש לה דרגת יינון של 92%. ה- H₂שיתוף₃ זוהי חומצה חלשה, שכן רק 0.18% ממולקולות החומצה מיוננות בתמיסה.

סיווג חומצות

אנו יכולים לסווג חומצות לפי מספר המימנים המיוננים ב:

• חד-חומצה: יש רק מימן מיונן אחד, כגון HCN;
• סוכרת: יש שני מימנים מיוננים, כמו H₂רק₃;
• טריאצ'יד: יש שלושה מימנים מיוננים, כגון H₃אָבָק₄;
• טטרציד: יש ארבעה מימנים מיוננים, כמו H₄פ₂או₇.

חומצות מסווגות גם על ידי היעדר חמצן לחות, כגון HCl ו- HCN, וכשיש אלמנט החמצן, הם נקראים חומצות שומן, כמו ח₂רק₄ ו- HNO₃.

דוגמאות לחומצות

• חומצה גופרתית, H₂רק₄
• חומצה הידרוכלורית, HCl
• חומצה הידרופלואורית, HF
• חומצה חנקתית, HNO₃
• חומצה זרחנית, ח₃אָבָק₄
• חומצה פחמנית, H₂שיתוף₃

למידע נוסף על חומצות.

בסיסים

הבסיסים הם תרכובות שנוצרו על ידי קשרים יוניים, שם יש תרומת אלקטרונים. על פי הכימאי סוואנטה ארחניוס (1859-1927) תרכובות אלו משחררות יונים של OH^- כאשר הם נמצאים במגע עם מים, כשהמתחם מתנתק.

איך מזהים בסיס?

הנוסחה הכללית לבסיס היא , כאשר B מייצג את הקטיון (רדיקל חיובי) המרכיב את הבסיס ו- y הוא המטען שקובע את מספר ההידרוקסילים (OH^-).

לבסיסים יש טעם מכווץ, קאוסטי ומר. כאשר הם מתנתקים במדיום מימי, הבסיסים מוליכים גם הם חשמל.

בסיסים הם תרכובות המתנתקות בתמיסה מימית וחוזק הבסיס נמדד לפי מידת הדיסוציאציה. לכן, ככל שמבנים מתנתקים יותר במים כך הבסיס חזק יותר.

דוגמה: NaOH הוא בסיס חזק, מכיוון שיש לו תואר יינון של 95%. NH₄OH הוא בסיס חלש כיוון שרק 1.5% מהמתחם עובר דיסוציאציה יונית.

סיווג בסיס

ניתן לסווג את הבסיסים לפי מספר ההידרוקסילים שהם משחררים בתמיסה ב:

• מונובייס: יש הידרוקסיל אחד בלבד, כמו NaOH;
• Dibase: יש שני הידרוקסילים, כמו Ca (OH)₂;
• Tribase: יש שלושה hydroxyls, כגון Al (OH)₃;
• Tetrabase: יש ארבעה הידרוקסילים, כמו Pb (OH)₄.

בסיסי מתכת אלקלי ומתכות אדמה אלקליין, למעט בריליום ומגנזיום, נחשבים לבסיסים חזקים בשל מידת הדיסוציאציה הגבוהה שלהם. לעומת זאת, בסיסים חלשים הם בעלי דרגת דיסוציאציה של פחות מ -5%, כמו NH₄OH ו- Zn (OH)₂.

דוגמאות לבסיסים

• נתרן הידרוקסיד, NaOH
• אמוניום הידרוקסיד, NH₄הו
• אשלגן הידרוקסיד, KOH
• מגנזיום הידרוקסיד, Mg (OH)₂
• ברזל הידרוקסיד, Fe (OH)₃
• סידן הידרוקסיד, Ca (OH)₂

למידע נוסף על בסיסים.

מלחים

מלחים הם תרכובות המופקות מהתגובה המתרחשת בין חומצה לבסיס, הנקראת תגובת ניטרול.

לכן, מלח נוצר על ידי קטיון שמגיע מבסיס ואניון שמקורו בחומצה.

איך מזהים מלח?

מלחים הם תרכובות יוניות שמבנהן C_איקסה_y נוצר על ידי קטיון C^{y +} (יון חיובי), למעט H⁺, ואניון א^איקס- (יון שלילי), השונה מ- OH^-.

מלחים בתנאי סביבה נראים כמוצקים גבישיים, עם נקודת התכה ורתיחה גבוהה. בנוסף, לרבים יש טעם מלוח אופייני.

למרות שמלחים מסוימים ידועים ומשמשים במזון, כגון נתרן כלורי (מלח שולחן), ישנם מלחים רעילים ביותר.

כאשר הם נמצאים בתמיסה מימית, מלחים מסוגלים להוביל חשמל. מלחים רבים יכולים לספוג לחות מהסביבה בקלות ולכן הם נקראים היגרוסקופיים.

סיווג מלחים

מלחים מסווגים על פי אופיים בתמיסה מימית.

מלח ניטרלי: נוצר על ידי קטיון בסיס חזק ואניון חומצה חזק או קטיון בסיס חלש ואניון חומצה חלש.

דוגמה: HCl (חומצה חזקה) + NaOH (בסיס חזק) → NaCl (מלח ניטרלי) + H₂O (מים)

מלח חומצה: נוצר על ידי קטיון בסיס חלש ואניון חומצה חזק.

דוגמה: HNO₃ (חומצה חזקה) + AgOH (בסיס חלש) → AgNO₃ (מלח חומצי) + H₂O (מים)

מלח בסיסי: נוצר על ידי קטיון בסיס חזק ואניון חומצה חלש.

דוגמה: ח₂שיתוף₃ (חומצה חלשה) + NaOH (בסיס חזק) → NaHCO₃ (מלח בסיסי) + H₂O (מים)

דוגמאות למלחים

• אשלגן חנקתי, KNO₃
• נתרן היפוכלוריט, NaClO
• נתרן פלואוריד, NaF
• נתרן פחמתי, Na₂שיתוף₃
• סידן גופרתי, CaSO₄
• פוספט אלומיניום, AlPO₄

למידע נוסף על מלחים.

תחמוצות

תחמוצות הן תרכובות הנוצרות על ידי שני אלמנטים כימיים, אחד מהם הוא חמצן, שהוא האלקטרוני שלילי ביותר של התרכובת.

איך מזהים תחמוצת?

הנוסחה הכללית לתחמוצת היא , כאשר C מייצג את הקטיון (יון חיובי) הקשור לחמצן. ה- y (מטען הקטיון) מציין כמה אטומי חמצן חייבים להרכיב את התחמוצת.

תחמוצות הן חומרים בינאריים, כאשר חמצן מקושר לאלמנט כימי שהוא פחות אלקטרוני שלילי ממנו. לכן, קשירת החמצן לפלואור, כמו בתרכובות OF₂ זה ה₂F₂, אינם נחשבים לתחמוצות.

סיווג תחמוצות

תחמוצות מולקולריות (חמצן + אמטל) הן בעלות אופי חומצי מכיוון שכאשר הן נמצאות בתמיסה מימית הן מגיבות ליצירת חומצות כמו פחמן דו חמצני (CO₂).

תחמוצות יוניות (חמצן + מתכת) הן בעלות אופי בסיסי, שכן במגע עם מים הן יוצרות תמיסות בסיסיות, כגון תחמוצת הסידן (CaO).

כאשר תחמוצת אינה מגיבה עם מים, כגון פחמן חד חמצני (CO), היא מאופיינת כתחמוצת ניטרלית.

דוגמאות לתחמוצות

• תחמוצת פח, SnO₂
• תחמוצת ברזל III, Fe₂או₃
• נתרן תחמוצת, Na₂או
• תחמוצת ליתיום, לי₂או
• פח דו חמצני, SnO₂
• חנקן דו חמצני, NO₂

למידע נוסף על תחמוצות.

תשומת הלב!

סוגים של חומצות, בסיסים, מלחים ותחמוצות מאורגנים כפונקציות כימיות כדי להקל על המחקר של תרכובות אנאורגניות, מכיוון שמספר החומרים גדול מאוד.

עם זאת, לפעמים הם יכולים לערבב, כמו במקרה של מלחים ותחמוצות, שיכולים להיות בעלי אופי חומצי או בסיסי. יתר על כן, התנהגותם של חומרים מושפעת מהאינטראקציה שלהם עם תרכובות אחרות.

בכימיה אורגנית ניתן לדמיין את הקבוצות הפונקציונאליות השונות של תרכובות אורגניות.

גם יודע את פונקציות אורגניות.

תרכובות אנאורגניות עיקריות

בדוק כמה דוגמאות לתרכובות מ פונקציות אנאורגניות ומה היישומים שלה.

חומצות

חומצה הידרוכלורית, HCl

חומצה הידרוכלורית היא חד-חומצה חזקה. זהו תמיסה מימית המכילה 37% HCl, מימן כלורי, גז חסר צבע, רעיל ומאכל.

הוא משמש לניקוי מתכות, בתהליך ייצור העור וכחומר גלם לתרכובות כימיות אחרות. חומר זה משווק כחומצה מוריאטית לניקוי רצפות, אריחים ומשטחי מתכת.

חומצה גופרתית, H₂רק₄

או חומצה גופרתית זו סוכרת חזקה. זהו נוזל חסר צבע וצמיג, הנחשב לחזק משום שמידת היינון שלו גדולה מ- 50% בטמפרטורה של 18 מעלות צלזיוס.

חומצה אנאורגנית זו משמשת בקנה מידה גדול בתעשייה הכימית, כחומר גלם עבור ייצור חומרים רבים ולכן צריכתם יכולה להצביע על מדד הפיתוח הכלכלי של מדינה.

בסיסים

מגנזיום הידרוקסיד, Mg (OH)₂

מגנזיום הידרוקסיד הוא דיבאז, מכיוון שיש לו שני הידרוקסילים בחוקתו. בתנאי סביבה, התרכובת הכימית היא מוצק לבן וההשעיה במים משווקת בשם חלב ממגנזיה.

חלב מגנזיה משמש כחומר נוגד חומצה, להפחתת חומצת הקיבה וכמשלשל, המשפר את תפקודי המעיים.

נתרן הידרוקסיד, NaOH

או נתרן הידרוקסידי, הנקרא גם סודה קאוסטית, בתנאי הסביבה הוא במצב מוצק, יש לו צבע לבן לבן והוא רעיל מאוד ומאכל.

זהו בסיס חזק, המשמש הן בתעשייה, לייצור מוצרי ניקיון והן לשימוש ביתי, לצורך פינוי צינורות, למשל.

השימוש במוצר דורש טיפול רב, שכן מגע עם העור עלול לגרום לכוויות קשות.

מלחים

נתרן כלורי, NaCl

מלח שולחן, ששמו הכימי הוא נתרן כלורי, הוא חומר שנמצא בשימוש נרחב כחומר תיבול וחומר מזון.

אחת הטכניקות המשמשות לייצור מלח שולחן היא אידוי מי ים וגיבוש התרכובת הכימית. לאחר מכן, המלח עובר תהליך עידון.

דרך נוספת בה קיים נתרן כלורי בחיינו היא במלח, תמיסה מימית עם 0.9% מהמלח.

נתרן ביקרבונט, NaHCO₃

נתרן מימן פחמתי, הידוע בכינויו נתרן ביקרבונט, הוא מלח בעל גבישים קטנים מאוד, בעל מראה אבקתי, אשר מתמוסס בקלות במים.

זהו חומר עם יישומים ביתיים רבים, בין אם לניקוי, מעורבב עם תרכובות אחרות, או לבריאות, שכן הוא קיים בהרכב של חומרי גלם.

תחמוצות

מי חמצן, H₂או₂

או מי חמצן הוא משווק כפתרון הנקרא מי חמצן, נוזל מאוד מחמצן. כאשר אינו מומס במים, מי חמצן הוא די לא יציב ומתפרק במהירות.

היישומים העיקריים של תמיסת מי החמצן הם: חיטוי, הלבנת אקונומיקה לשיער.

פחמן דו חמצני, CO₂

או פחמן דו חמצני, המכונה גם פחמן דו חמצני, הוא תחמוצת מולקולרית חסרת צבע, חסרת ריח וכבד מהאוויר.

בפוטוסינתזה CO₂ האטמוספירה נלכדת מהאטמוספירה ומגיבה עם מים, מייצרת גלוקוז וחמצן. לכן, תהליך זה חשוב לחידוש החמצן באוויר.

עם זאת, הריכוז הגבוה של פחמן דו חמצני באטמוספרה הוא אחד הגורמים להחמרת אפקט החממה, תוך שמירה על כמות חום גדולה יותר באטמוספרה.