פונקציות אנאורגניות: חומצות, בסיסים, מלחים ותחמוצות

פונקציות אנאורגניות הן קבוצות של תרכובות אנאורגניות בעלות מאפיינים דומים.

סיווג בסיסי ביחס לתרכובות כימיות הוא: תרכובות אורגניות הן אלה המכילות אטומי פחמן, ואילו תרכובות אורגניות מכילות אטומי פחמן. תרכובות אנאורגניות נוצרים על ידי יסודות כימיים אחרים.

ישנם יוצאים מן הכלל כגון CO, CO₂ והמשיך₂שיתוף₃, שלמרות שיש להם פחמן בנוסחה המבנית, יש לו מאפיינים של חומרים אנאורגניים.

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

4 פונקציות עיקריות אלה הוגדרו על ידי ארהניוס, כימאי שזיהה יונים בחומצות, בסיסים ומלחים.

חומצות

חומצות הם תרכובות קוולנטיות, כלומר הם חולקים אלקטרונים בקשרים שלהם. יש להם את היכולת ליינן במים וליצור מטענים, ולשחרר את H⁺ כקטיון היחיד.

סיווג חומצות

ניתן לסווג חומצות על פי כמות המימן המשתחרר לתמיסה מימית וליינן, בתגובה עם מים ליצירת יון ההידרוניום.

מספר מימנים מיוננים
חד-חומציות: יש להם רק מימן מיונן אחד. דוגמאות: HNO3, HCl ו- HCN
סוכרים: יש שני מימנים מיוננים. דוגמאות: ח2רק4, ח2S ו- H2MnO4
טריאצ'ידים: יש שלושה מימנים מיוננים. דוגמאות: ח3אָבָק4 ו- H3BO3
tetracids: יש ארבעה מימנים מיוננים. דוגמאות: ח4פ7או7

כוחה של חומצה נמדד במידת היינון. ככל שהערך גבוה יותר של החומצה חזקה יותר מכיוון:

מידת יינון
חָזָק: יש דרגת יינון גבוהה מ- 50%.
לְמַתֵן: יש דרגת יינון בין 5% ל 50%.
חלש: יש דרגת יינון מתחת ל -5%.

חומצות עשויות להכיל או לא להכיל את היסוד חמצן במבנה שלהן, וכך:

נוכחות של חמצן
הידרצידים: אין אטומי חמצן. דוגמאות: HCl, HBr ו- HCN.
חומצות שומן: היסוד חמצן קיים במבנה החומצה. דוגמאות: HClO, H2שיתוף3 ו- HNO3.

מינוח חומצה

ניתן לתאר את הנוסחה הכללית של חומצה כ- ה_איקסה, כאשר A מייצג את האניון המרכיב את החומצה ואת המינוח שנוצר יכול להיות:

סיום אניון	סיום חומצה
אתו דוגמה: כלוריד (קל^-)	הידריק דוגמה: חומצה הידרוכלורית (HCl)
פעולה דוגמא: כלור	אני דוגמה: חומצה כלורית (HClO3)
מאוד דוגמה: ניטריט	עֶצֶם דוגמה: חומצה חנקתית (HNO2)

מאפייני חומצות

המאפיינים העיקריים של חומצות הם:

• טעמם חמוץ.
• הם נושאים זרם חשמלי, שכן הם פתרונות אלקטרוליטיים.
• הם יוצרים גז מימן כאשר הם מגיבים עם מתכות כמו מגנזיום ואבץ.
• יוצרים פחמן דו חמצני בעת תגובה עם סידן פחמתי.
• הם משנים את האינדיקטורים על בסיס חומצה לצבע מסוים (נייר לקמוס כחול הופך לאדום).

חומצות עיקריות

דוגמאות: חומצה הידרוכלורית (HCl), חומצה גופרתית (H₂רק₄), חומצה אצטית (CH₃COOH), חומצה פחמנית (H₂שיתוף₃) וחומצה חנקתית (HNO₃).

למרות שחומצה אצטית היא חומצה מכימיה אורגנית, חשוב לדעת את מבנה בגלל חשיבותה.

בסיסים

בסיסים הם תרכובות יוניות הנוצרות על ידי קטיונים, בעיקר מתכות, המתנתקות במים המשחררות את האניון ההידרוקסיד (OH^-).

סיווג בסיס

ניתן לסווג בסיסים לפי מספר ההידרוקסילים המשוחררים לתמיסה.

מספר הידרוקסילים
מונובסים: יש להם הידרוקסיל אחד בלבד. דוגמאות: NaOH, KOH ו- NH4הו
תקלות: יש שני הידרוקסילים. דוגמאות: Ca (OH)2, Fe (OH)2 ו- Mg (OH)2
שבטים: יש שלושה הידרוקסילים. דוגמאות: Al (OH)3 ו- Fe (OH)3
tetrabases: יש ארבעה הידרוקסילים. דוגמאות: Sn (OH)4 ו- Pb (OH)4

בסיסים הם בדרך כלל חומרים יוניים ועוצמתו של בסיס נמדדת במידת הדיסוציאציה.

ככל שהערך גבוה יותר של הבסיס חזק יותר כי:

תואר דיסוציאציה
חָזָק: יש להם מידה של דיסוציאציה כמעט 100%. דוגמאות: בסיסי מתכת אלקלייים כגון NaOH ו- KOH. בסיסי מתכת אדמתיים אלקליין כגון Ca (OH)2 ו- Ba (OH)2. יוצאים מן הכלל: Be (OH)2 ו- Mg (OH)2
חלש: יש דרגת דיסוציאציה מתחת ל -5%. דוגמה: NH4OH ו- Zn (OH)2.

מסיסות במים
מָסִיס: בסיסי מתכת אלקלית ואמוניום. דוגמאות: Ca (OH)2, Ba (OH)2 ו- NH4הו
מסיס מעט: בסיסי מתכת אדמת אלקליין. דוגמאות: Ca (OH)2 ו- Ba (OH)2.
כמעט לא מסיס: בסיסים אחרים. דוגמאות: AgOH ו- Al (OH)3.

מינוח בסיס

ניתן לתאר את הנוסחה הכללית של בסיס כ- , כאשר B מייצג את הרדיקל החיובי המרכיב את הבסיס ו- y הוא המטען שקובע את מספר ההידרוקסילים.

המינוח לבסיסים עם עומס קבוע ניתן על ידי:

בסיסים עם עומס קבוע
מתכות אלקליות	ליתיום הידרוקסיד	LiOH
מתכות אלקליות	מגנזיום הידרוקסיד	מג (OH)2
כסף	הידרוקסיד כסוף	AgOH
אָבָץ	אבץ הידרוקסיד	Zn (OH)2
אֲלוּמִינְיוּם	אלומיניום הידרוקסיד	אל (אוה)3

כאשר לבסיס יש עומס משתנה, המינוח יכול להיות בשתי דרכים:

בסיסים עם עומס משתנה
נְחוֹשֶׁת	תַחַת^+	נחושת הידרוקסיד I	CuOH
הידרוקסיד כוס
תַחַת^2+	נחושת הידרוקסיד II	Cu (OH)2
הידרוקסיד קופרי
בַּרזֶל	אֱמוּנָה^2+	ברזל הידרוקסיד II	Fe (OH)2
הידרוקסיד ברזלי
אֱמוּנָה^3+	ברזל הידרוקסיד III	Fe (OH)3
ברזל הידרוקסיד

מאפייני הבסיסים

• רוב הבסיסים אינם מסיסים במים.
• הוביל זרם חשמלי בתמיסה מימית.
• הם חלקלקים.
• הם מגיבים עם חומצה ליצירת מלח ומים כמוצרים.
• הם משנים את האינדיקטורים על בסיס חומצה לצבע מסוים (נייר לקמוס אדום הופך לכחול).

בסיסים עיקריים

בסיסים נמצאים בשימוש נרחב במוצרי ניקוי וגם בתהליכי תעשייה כימית.

דוגמאות: נתרן הידרוקסיד (NaOH), מגנזיום הידרוקסיד (מג (OH)₂), אמוניום הידרוקסיד (NH₄OH), אלומיניום הידרוקסיד (Al (OH)₃) וסידן הידרוקסיד (Ca (OH)₂).

מלחים

מלחים הם תרכובות יוניות שיש להן לפחות קטיון אחד שאינו H⁺ ואניון שאינו אוה^-.

ניתן להשיג מלח בתגובת ניטרול, שהיא התגובה בין חומצה לבסיס.

התגובה של חומצה הידרוכלורית עם נתרן הידרוקסיד מייצרת נתרן כלורי ומים.

המלח שנוצר מורכב מאניון החומצה (Cl^-) ועל ידי קטיון הבסיס (Na⁺).

סיווג מלחים

להלן יש לנו את המשפחות העיקריות של מלחים שניתן לסווג לפי מסיסות במים ושינוי ה- pH של התמיסה באופן הבא:

מסיסות במים של המלחים הנפוצים ביותר
מָסִיס	חנקות		חריגים: אצטט כסף.
כלורטים
אצטטים
כלורידים		חריגים:
ברומידים
יודס
סולפטים		חריגים:
לֹא מָסִיס	סולפידים		חריגים: גופריות מתכת אלקליות, אדמה אלקליין ואמוניום.
פחמתי		חריגים: אלה של מתכות אלקליות ואמוניום.
פוספטים

pH
מלחים ניטרליים	כאשר הם מומסים במים הם לא משנים את ה- pH. דוגמה: NaCl.
מלחי חומצה	כאשר הם מומסים במים הם הופכים את התמיסה לחמישית פחות מ -7. דוגמה: NH4קל.
מלחים בסיסיים	כאשר הם מומסים במים הם הופכים את תמיסת ה- pH ליותר מ- 7. דוגמה: CH3COONa.

בנוסף למשפחות המלח שראינו קודם, ישנם סוגים אחרים של מלחים, כפי שמוצג בטבלה שלהלן.

סוגים אחרים של מלחים
מלחי מימן	דוגמה: NaHCO3
מלחי הידרוקסי	דוגמה: Al (OH)2קל
מלחים כפולים	דוגמה: KNaSO4
מלחים מיובשים	דוגמה: CuSO4. 5 שעות2או
מלחים מורכבים	דוגמה: [Cu (NH3)4]רק4

מינוח מלחים

באופן כללי, המינוח של מלח מתבצע לפי הסדר הבא:

שם אניון	שם הקטיון	שם המלח
קל^- כלוריד	אֱמוּנָה^3+ ברזל III	FeCl3 כלוריד ברזל III
סולפט	בְּ^+ נתרן	בְּ2רק4 נתרן גופרתי
ניטריט	ק^+ אֶשׁלָגָן	KNO2 אשלגן ניטריט
br^- בְּרוֹמִיד	פה^2+ סִידָן	CaBr2 סידן ברומיד

מאפייני המלחים

• הם תרכובות יוניות.
• הם מוצקים וגבישים.
• סובלים מרתיחה בטמפרטורות גבוהות.
• הוביל זרם חשמלי בתמיסה.
• טעמם מלוח.

מלחים עיקריים

דוגמאות: אשלגן חנקתי (KNO₃), נתרן היפוכלוריט (NaClO), נתרן פלואוריד (NaF), נתרן פחמתי (Na₂שיתוף₃) וסידן גופרתי (CaSO₄).

תחמוצות

תחמוצות הם תרכובות בינאריות (יוניות או מולקולריות) בעלות שני יסודות. יש להם חמצן בהרכב שלהם, שהוא היסוד האלקטרו-שלילי ביותר שלהם.

הנוסחה הכללית לתחמוצת היא , כאשר C הוא הקטיון ומטענו y הופך לאינדקס בתחמוצת היוצרת את התרכובת:

סיווג תחמוצות

על פי קשרים כימיים
יונית	שילוב של חמצן עם מתכות. דוגמה: ZnO.
מולקולרית	שילוב של חמצן עם אלמנטים שאינם מתכתיים. דוגמה: מערכת הפעלה2.

על פי נכסים
יסודות	בתמיסה מימית הם משנים את ה- pH לגדול מ- 7. דוגמא: קראתי2O (ומתכות אלקליות ואלקליין אחרות).
חומצות	בתמיסה מימית הם מגיבים עם מים ויוצרים חומצות. דוגמאות: CO2, רק3 ולא2.
ניטרלים	כמה תחמוצות שאינן מגיבות עם מים. דוגמה: CO.
פרוקסידים	בתמיסה מימית הם מגיבים עם מים או חומצות מדוללות ויוצרים מי חמצן H2או2. דוגמה: Na2או2.
אמפוטרים	הם יכולים להתנהג כמו חומצות או בסיסים. דוגמה: ZnO.

המינוח של תחמוצות

באופן כללי, המינוח של תחמוצת מתבצע לפי הסדר הבא:

שם לפי סוג התחמוצת
תחמוצות יוניות	דוגמאות לתחמוצות בעלות טעינה קבועה: CaO - תחמוצת סידן אל2או3 - תחמוצת אלומיניום
דוגמאות לתחמוצות עם מטען משתנה: FeO - תחמוצת ברזל II אֱמוּנָה2או3 - תחמוצת ברזל III
תחמוצות מולקולריות	דוגמאות: CO - חד תחמוצת הפחמן נ2או5 - דינטרוגן פנטוקסיד

מאפייני תחמוצת

• הם חומרים בינאריים.
• הם נוצרים על ידי קשירת חמצן עם יסודות אחרים, למעט פלואור.
• תחמוצות מתכת, כאשר הן מגיבות עם חומצות, יוצרות מלח ומים.
• תחמוצות שאינן מתכתיות, כאשר הן מגיבות לבסיסים, יוצרות מלח ומים.

תחמוצות עיקריות

דוגמאות: תחמוצת סידן (CaO), תחמוצת מנגן (MnO₂), תחמוצת פח (SnO₂), תחמוצת ברזל III (Fe₂או₃) ותחמוצת אלומיניום (אל₂שיתוף₃).

תרגילי בחינת כניסה

1. (UEMA / 2015) NO₂ומערכת ההפעלה₂ הם גזים הגורמים לזיהום אטמוספרי, שבין הנזק שנגרם, גורם להיווצרות של גשם חומצי כאשר גזים אלה מגיבים עם חלקיקי מים שנמצאים בעננים, ומייצרים HNO₃ ו- H₂רק₄.

תרכובות אלה, כאשר הן מועברות על ידי משקעים אטמוספריים, יוצרות הפרעות כגון זיהום מי שתייה, קורוזיה של כלי רכב, אנדרטאות היסטוריות וכו '.

התרכובות האורגניות המוזכרות בטקסט תואמות, בהתאמה, את הפונקציות:

א) מלחים ותחמוצות
ב) בסיסים ומלחים
ג) חומצות ובסיסים
ד) בסיסים ותחמוצות
ה) תחמוצות וחומצות

ראה תשובה

חלופה נכונה: ה) תחמוצות וחומצות.

תחמוצות הן תרכובות הנוצרות על ידי חמצן ואלמנטים אחרים, למעט פלואור.

חומצות, כאשר הן באות במגע עם מים, עוברות יינון ומייצרות את יון ההידרוניום. לגבי החומצות המדוברות, יש לנו את התגובות הבאות:

ה- HNO₃ זה חד-חומצי מכיוון שיש בו רק מימן מיונן אחד. ה- H₂רק₄ זוהי סוכרת כי יש בה שני מימנים מיוננים.

שאר הפונקציות האורגניות המופיעות בשאלות תואמות:

בסיסים: יונים הידרוקסיליים (OH^-) מלוכדות באופן ייוני בקטיוני מתכת.

מלחים: תוצר תגובת הנטרול בין חומצה לבסיס.

למידע נוסף עלפונקציות כימיות.

2. (UNEMAT / 2012) אנו משתמשים במוצרים כימיים שונים בחיי היומיום שלנו, כגון חלב מגנזיום, חומץ, גיר וסודה קאוסטית.

נכון לקבוע כי חומרים אלה שהוזכרו שייכים, בהתאמה, לפונקציות הכימיות:

א) חומצה, בסיס, מלח ובסיס
ב) בסיס, מלח, חומצה ובסיס
ג) בסיס, חומצה, מלח ובסיס
ד) חומצה, בסיס, בסיס ומלח
ה) מלח, חומצה, מלח ובסיס

ראה תשובה

חלופה נכונה: ג) בסיס, חומצה, מלח ובסיס.

חלב מגנזיום, גיר וסודה קאוסטית הם דוגמאות לתרכובות המכילות פונקציות אורגניות במבנה שלהן.

חומץ הוא תרכובת אורגנית שנוצרת על ידי חומצה קרבוקסילית חלשה.

בטבלה שלהלן אנו יכולים לבחון את המבנים של כל אחד מהם ואת הפונקציות הכימיות המאפיינות אותם.

מוצר	חלב מגנזיום	חומץ	אֶבֶן גִיר	סודה קאוסטית
קומפוסט כימי	מגנזיום הידרוקסיד	חומצה אצטית	סידן פחמתי	נתרן הידרוקסידי
נוּסחָה
פונקציה כימית	בסיס	חומצה קרבוקסילית	מלח	בסיס

חלב מגנזיום הוא השעיה של מגנזיום הידרוקסיד המשמש לטיפול בחומצה בקיבה, שכן הוא מגיב עם חומצה הידרוכלורית ממיץ קיבה.

חומץ הוא תבלין בשימוש נרחב בעיקר בהכנת מזון בשל הארומה והטעם שלו.

אבן גיר היא סלע משקע, שעיקרו עפרות הוא קלציט, המכיל כמויות גדולות של סידן פחמתי.

סודה קאוסטית היא השם המסחרי של נתרן הידרוקסיד, בסיס חזק המשמש בתהליכים תעשייתיים רבים ובשימוש ביתי לפינוי צינורות עקב הצטברות שמנים ושומנים.

3. (UDESC / 2008) לגבי חומצה הידרוכלורית ניתן לקבוע כי:

א) כאשר הוא נמצא בתמיסה מימית, הוא מאפשר מעבר זרם חשמלי
ב) הוא סוכרת
ג) היא חומצה חלשה
ד) בעל דרגת יינון נמוכה
ה) הוא חומר יוני

ראה תשובה

חלופה נכונה: א) כאשר הוא נמצא בתמיסה מימית, הוא מאפשר מעבר זרם חשמלי.

חומצה הידרוכלורית היא חד-חומצה שכן יש בה מימן מיונן אחד בלבד.

זוהי תרכובת מולקולרית, עם מידת יינון גבוהה ולכן היא חומצה חזקה, שכאשר היא נכנסת לחוזה עם מים, שוברת את המולקולה שלה ליונים כדלקמן:

כפי שארניוס צפה בניסויים שלו, היונים החיוביים שנוצרו ביינון נעים לקוטב השלילי, ואילו היונים השליליים נעים לכיוון הקוטב החיובי.

באופן זה, זרם חשמלי זורם לתמיסה.

לבעיות נוספות ברזולוציה שהגיבו, ראו גם: תרגילים על פונקציות אורגניות.