अम्ल

This article is about रसायन विज्ञान में अम्ल. For other uses, see अम्ल (disambiguation).

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जस्ता , एक विशिष्ट धातु, हाइड्रोक्लोरिक अम्ल, एक विशिष्ट अम्लके साथ प्रतिक्रिया करता है

अम्ल एक अणु या आयन है जो या तो प्रोटॉन (अर्थात हाइड्रोजन आयन, H⁺) दान करने में सक्षम है, जिसे ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल के रूप में जाना जाता है, या इलेक्ट्रॉन जोड़ी के साथ सहसंयोजी आबंध बनाता है, जिसे लुईस अम्ल के रूप में जाना जाता है।

अम्ल की पहली श्रेणी प्रोटॉन दाता, या ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल हैं। जलीय घोल के विशेष मामले में, प्रोटॉन दाता हाइड्रोनियम आयन H₃O⁺ बनाते हैं और उन्हें अरहेनियस अम्ल के रूप में जाना जाता है। ब्रोंस्टेड और लोरी ने गैर-जलीय विलायक को सम्मिलित करने के लिए अरहेनियस सिद्धांत को सामान्यीकृत किया। ब्रोंस्टेड या अरहेनियस अम्ल में सामान्यतः रासायनिक संरचना से बंधे हाइड्रोजन परमाणु होते हैं जो H⁺ के नुकसान के बाद भी ऊर्जावान रूप से अनुकूल होते हैं।

जलीय अरहेनियस अम्ल में विशिष्ट गुण होते हैं जो अम्ल का व्यावहारिक विवरण प्रदान करते हैं।अम्ल खट्टे स्वाद के साथ जलीय घोल बनाते हैं, नीले लिटमस को लाल कर सकते हैं, और लवण बनाने के लिए क्षार और कुछ धातुओं (जैसे कैल्शियम) के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं। अम्ल शब्द लैटिन एसिडस से लिया गया है, जिसका अर्थ है 'खट्टा'। अम्ल के जलीय घोल का pH 7 से कम होता है और इसे बोलचाल की भाषा में "अम्ल" (जैसा कि "अम्ल में घुला हुआ") भी कहा जाता है, जबकि सख्त परिभाषा केवल विलेय को संदर्भित करती है।कम pH का अर्थ है उच्च अम्लता, और इस प्रकार समाधान में सकारात्मक हाइड्रोजन आयनों की उच्च सांद्रता है। अम्ल के गुण वाले रसायन या पदार्थ अम्लीय कहलाते हैं।

सामान्य जलीय अम्लों में हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (हाईड्रोजन क्लोराईड का घोल जो पेट में गैस्ट्रिक अम्ल पाया जाता है और पाचन एंजाइमों को सक्रिय करता है), एसिटिक अम्ल (सिरका इस तरल का पतला जलीय घोल है), सल्फ्यूरिक अम्ल (कार बैटरी में प्रयुक्त) सम्मिलित हैं। और साइट्रिक अम्ल (खट्टे फलों में पाया जाता है)। जैसा कि इन उदाहरणों से पता चलता है, अम्ल(बोलचाल के अर्थ में) समाधान या शुद्ध पदार्थ हो सकते हैं, और अम्ल से प्राप्त किया जा सकता है (सख्तअर्थ में) जो ठोस, तरल या गैस हैं। ठोस अम्ल और कुछ केंद्रित कमजोर अम्ल संक्षारक पदार्थ हैं, लेकिन कार्बोरेन और बोरिक अम्ल जैसे अपवाद हैं।

अम्ल की दूसरी श्रेणी लुईस अम्ल हैं, जो इलेक्ट्रॉन जोड़ी के साथ सहसंयोजी आबंध बनाते हैं। उदाहरण बोरॉन ट्राइफ्लोराइड (BF₃) है, जिसके बोरॉन परमाणु में खाली परमाणु कक्षीय होता है जो एक आधार में परमाणु पर इलेक्ट्रॉनों की अकेली जोड़ी साझा करके सहसंयोजी आबंध बना सकता है, उदाहरण के लिए अमोनिया (NH₃) में नाइट्रोजन परमाणु। लुईस ने इसे ब्रोंस्टेड परिभाषा के सामान्यीकरण के रूप में माना, ताकि अम्ल एक रासायनिक प्रजाति है जो इलेक्ट्रॉन जोड़े को सीधे या समाधान में प्रोटॉन (H⁺) जारी करके स्वीकार करता है, जो तब इलेक्ट्रॉन जोड़े को स्वीकार करता है। हाइड्रोजन क्लोराइड, एसिटिक अम्ल, और अधिकांश अन्य ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल इलेक्ट्रॉन जोड़ी के साथ सहसंयोजी आबंध नहीं बना सकते हैं, और इसलिए लुईस अम्ल नहीं हैं। इसके विपरीत, कई लुईस अम्ल अरहेनियस या ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल नहीं हैं। आधुनिक शब्दावली में, अम्ल परोक्ष रूप से ब्रोंस्टेड अम्ल होता है न कि लुईस अम्ल, क्योंकि रसायनज्ञ लगभग हमेशा लुईस अम्ल को स्पष्ट रूप से लुईस अम्ल के रूप में संदर्भित करते हैं।

परिभाषाएं और अवधारणाएं

Main article: अम्ल-क्षार प्रतिक्रिया

आधुनिक परिभाषाएँ सभी अम्लों के लिए सामान्य मूलभूत रासायनिक प्रतिक्रियाओं से संबंधित हैं।

नित्य ज़िंदगी में पाए जाने वाले अधिकांश अम्ल जलीय घोल होते हैं, या पानी में घुल सकते हैं, इसलिए अरहेनियस और ब्रोंस्टेड-लोरी की परिभाषाएँ सबसे अधिक प्रासंगिक हैं।

ब्रोंस्टेड-लोरी परिभाषा सबसे व्यापक रूप से प्रयोग की जाने वाली परिभाषा है, जब तक अन्यथा निर्दिष्ट न हो, अम्ल-क्षार अभिक्रियाओं को अम्ल से क्षार में प्रोटॉन (H⁺) का स्थानांतरण सम्मिलित माना जाता है।

हाइड्रोनियम आयन तीनों परिभाषाओं के अनुसार अम्ल होते हैं। हालांकि अल्कोहल और एमाइन ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल हो सकते हैं, लेकिन वे अपने ऑक्सीजन और नाइट्रोजन परमाणुओं पर इलेक्ट्रॉनों के अकेले जोड़े के कारण लुईस क्षार के रूप में भी कार्य कर सकते हैं।

अरहेनियस अम्ल

स्वंते अरहेनियस

1884 में, स्वंते अरहेनियस ने अम्लता के गुणों को हाइड्रोजन आयनों (H⁺) के लिए जिम्मेदार ठहराया, जिसे बाद में प्रोटॉन या हाइड्रोन के रूप में वर्णित किया गया। अरहेनियस अम्ल ऐसा पदार्थ है, जिसे पानी में मिलाने पर, पानी में H⁺ आयनों की सांद्रता बढ़ जाती है।ध्यान दें कि रसायनज्ञ अक्सर H⁺(aq) लिखते हैं और अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाओं का वर्णन करते समय हाइड्रोजन आयन का उल्लेख करते हैं लेकिन मुक्त हाइड्रोजन नाभिक, प्रोटॉन, पानी में अकेले विद्यमान नहीं होता है, यह हाइड्रोनियम आयन (H₃O⁺) या अन्य रूपों ( H₅O₂⁺, H₉O₄⁺) के रूप में विद्यमान होता है। इस प्रकार, अरहेनियस अम्ल को एक ऐसे पदार्थ के रूप में भी वर्णित किया जा सकता है जो पानी में मिलाने पर हाइड्रोनियम आयनों की सांद्रता को बढ़ाता है। उदाहरणों में हाइड्रोजन क्लोराइड और एसिटिक अम्ल जैसे आणविक पदार्थ सम्मिलित हैं।

दूसरी ओर, अरहेनियस क्षार ऐसा पदार्थ है जो पानी में घुलने पर हाइड्रॉक्साइड (OH⁻) आयनों की सांद्रता को बढ़ाता है। इससे हाइड्रोनियम की सांद्रता कम हो जाती है क्योंकि आयन H2O अणु बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं:

H₃O⁺
_(aq) + OH⁻
_(aq) ⇌ H₂O_(liq) + H₂O_(liq)

इस संतुलन के कारण, हाइड्रोनियम की सांद्रता में कोई भी वृद्धि हाइड्रॉक्साइड की सांद्रता में कमी के साथ होती है। इस प्रकार, अरहेनियस अम्ल को भी कहा जा सकता है जो हाइड्रॉक्साइड एकाग्रता को कम करता है, जबकि अरहेनियस क्षार इसे बढ़ाता है।

अम्लीय घोल में, हाइड्रोनियम आयनों की सांद्रता 10−7 मोल प्रति लीटर से अधिक होती है। चूँकि pH को हाइड्रोनियम आयनों की सांद्रता के ऋणात्मक लघुगणक के रूप में परिभाषित किया जाता है, इसलिए अम्लीय विलयनों का pH 7 से कम होता है।

ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल

Main article: ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल-क्षार सिद्धांत

जबकि अरहेनियस अवधारणा कई प्रतिक्रियाओं का वर्णन करने के लिए उपयोगी है, यह इसके दायरे में भी काफी सीमित है। 1923 में, रसायनज्ञ जोहान्स निकोलस ब्रोंस्टेड और थॉमस मार्टिन लोरी ने स्वतंत्र रूप से मान्यता दी कि अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाओं में प्रोटॉन का स्थानांतरण सम्मिलित है। ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल (या ब्रोंस्टेड अम्ल) एक प्रजाति है जो ब्रोंस्टेड-लोरी क्षार को प्रोटॉन दान करती है।ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल-क्षार सिद्धांत के अरहेनियस सिद्धांत पर कई फायदे हैं। सिरका को अपना विशिष्ट स्वाद देने वाले कार्बनिक अम्ल एसिटिक अम्ल (CH3COOH) की निम्नलिखित अभिक्रियाओं पर विचार कीजिए:

CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺

CH₃COOH + NH₃ ⇌ CH₃COO⁻ + NH+4

दोनों सिद्धांत आसानी से पहली प्रतिक्रिया का वर्णन करते हैं: CH₃COOH अरहेनियस अम्ल के रूप में कार्य करता है क्योंकि यह पानी में घुलने पर H₃O⁺ के स्रोत के रूप में कार्य करता है, और यह पानी के लिए प्रोटॉन दान करके ब्रोंस्टेड अम्ल के रूप में कार्य करता है। दूसरे उदाहरण में CH₃COOH उसी परिवर्तन से गुजरता है, इस मामले में अमोनिया (NH₃) को एक प्रोटॉन दान करता है, लेकिन एक अम्लकी अरहेनियस परिभाषा से संबंधित नहीं है क्योंकि प्रतिक्रिया हाइड्रोनियम का उत्पादन नहीं करती है। फिर भी, CH₃COOH अरहेनियस और ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल दोनों है।

ब्रोंस्टेड-लोरी सिद्धांत का उपयोग गैर-जलीय घोल या गैस चरण में आणविक यौगिकों की प्रतिक्रियाओं का वर्णन करने के लिए किया जा सकता है। हाइड्रोजन क्लोराइड (HCl) और अमोनिया कई अलग-अलग परिस्थितियों में मिलकर अमोनियम क्लोराइड NH₄Cl बनाते हैं। जलीय घोल में HCl हाइड्रोक्लोरिक अम्ल के रूप में व्यवहार करता है और हाइड्रोनियम और क्लोराइड आयनों के रूप में विद्यमान होता है। निम्नलिखित प्रतिक्रियाएं अरहेनियस की परिभाषा की सीमाओं को दर्शाती हैं:

1. H₃O⁺
   _(aq) + Cl⁻
   _(aq) + NH₃ → Cl⁻
   _(aq) + NH⁺
   _4(aq) + H₂O
2. HCl_(benzene) + NH_3(benzene) → NH₄Cl_(s)
3. HCl_(g) + NH_3(g) → NH₄Cl_(s)

एसिटिक अम्ल प्रतिक्रियाओं के साथ, दोनों परिभाषाएं पहले उदाहरण के लिए काम करती हैं, जहां पानी विलायक है और हाइड्रोनियम आयन HCl विलेय द्वारा बनता है। अगली दो प्रतिक्रियाओं में आयनों का निर्माण सम्मिलित नहीं है लेकिन फिर भी प्रोटॉन-स्थानांतरण प्रतिक्रियाएं हैं। दूसरी प्रतिक्रिया में हाइड्रोजन क्लोराइड और अमोनिया (बेंजीन में घुले हुए) बेंजीन विलायक में ठोस अमोनियम क्लोराइड बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं और तीसरे गैसीय में HCl और NH₃ मिलकर ठोस बनाते हैं।

लुईस अम्ल

Main article: लुईस अम्ल और क्षार

1923 में गिल्बर्ट एन।लुईस द्वारा एक तिहाई, केवल मामूली रूप से संबंधित अवधारणा प्रस्तावित की गई थी, जिसमें अम्ल-क्षार विशेषताओं के साथ प्रतिक्रियाएं सम्मिलित हैं जिनमें प्रोटॉन स्थानांतरण सम्मिलित नहीं है। लुईस अम्ल एक ऐसी प्रजाति है जो किसी अन्य प्रजाति से इलेक्ट्रॉनों की जोड़ी को स्वीकार करती है, दूसरे शब्दों में, यह इलेक्ट्रॉन जोड़ी स्वीकर्ता है।ब्रोंस्टेड अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाएं प्रोटॉन स्थानांतरण प्रतिक्रियाएं हैं जबकि लुईस अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाएं इलेक्ट्रॉन जोड़ी स्थानांतरण हैं। कई लुईस अम्ल ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल नहीं हैं। अम्ल-क्षार रसायन विज्ञान के संदर्भ में निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं का वर्णन कैसे किया जाता है, इसकी तुलना करें:

पहली प्रतिक्रिया में फ्लोराइडआयन , F^-, उत्पाद टेट्राफ्लोरोबोरेट बनाने के लिए बोरॉन ट्राइफ्लोराइड को इलेक्ट्रॉन जोड़ी देता है। फ्लोराइड वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी "खो देता है" क्योंकि B—F बंध में साझा किए गए इलेक्ट्रॉन दो परमाणु नाभिक के बीच अंतरिक्ष के क्षेत्र में स्थित होते हैं और इसलिए फ्लोराइड नाभिक से अधिक दूर होते हैं, क्योंकि वे अकेले फ्लोराइड आयन में होते हैं। BF₃ लुईस अम्ल है क्योंकि यह फ्लोराइड से इलेक्ट्रॉन जोड़ी को स्वीकार करता है। इस प्रतिक्रिया को ब्रोंस्टेड सिद्धांत के संदर्भ में वर्णित नहीं किया जा सकता है क्योंकि कोई प्रोटॉन स्थानांतरण नहीं है। दूसरी प्रतिक्रिया को किसी भी सिद्धांत का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है। प्रोटॉन को एक अनिर्दिष्ट ब्रोंस्टेड अम्ल से अमोनिया, ब्रोंस्टेड क्षार में स्थानांतरित किया जाता है, वैकल्पिक रूप से, अमोनिया लुईस क्षार के रूप में कार्य करता है और हाइड्रोजन आयन के साथ बंध बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों कीअकेली जोड़ी को स्थानांतरित करता है। इलेक्ट्रॉन जोड़ी प्राप्त करने वाली प्रजाति लुईस अम्ल है, उदाहरण के लिए, H₃O⁺ में ऑक्सीजन परमाणु इलेक्ट्रॉनों की जोड़ी प्राप्त करता है जब H-O बंध में से एक टूट जाता है और बंध में साझा किए गए इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन पर स्थानीयकृत हो जाते हैं। संदर्भ के आधार पर, लुईस अम्ल को आक्सीकारक या इलेक्ट्रॉनरागी के रूप में भी वर्णित किया जा सकता है। कार्बनिक ब्रोंस्टेड अम्ल, जैसे एसिटिक, साइट्रिक, या ऑक्सालिक अम्ल, लुईस अम्ल नहीं हैं।वे लुईस अम्ल, H⁺ का उत्पादन करने के लिए पानी में अलग हो जाते हैं, लेकिन साथ ही साथ लुईस क्षार (एसीटेट, साइट्रेट, या ऑक्सालेट, क्रमशः उल्लिखित अम्ल के लिए) के बराबर मात्रा में उत्पन्न करते हैं। यह लेख ज्यादातर लुईस अम्ल के बजाय ब्रोंस्टेड अम्ल से संबंधित है।

वियोजन और संतुलन

अम्ल की प्रतिक्रियाओं को अक्सर HA ⇌ H⁺ + A⁻, के रूप में सामान्यीकृत किया जाता है, जहां HA अम्ल का प्रतिनिधित्व करता है और A⁻ संयुग्म अम्ल है। इस प्रतिक्रिया को प्रोटोअपघटन कहा जाता है। अम्ल के प्रोटोनित रूप (HA) को कभी-कभी मुक्त अम्ल भी कहा जाता है।

अम्ल-क्षार संयुग्म जोड़े प्रोटॉन से भिन्न होते हैं, और प्रोटॉन (क्रमशः प्रोटॉन और अवक्षेपण )को जोड़ने या हटाने के द्वारा परस्पर परिवर्तित किया जा सकता है। ध्यान दें कि अम्ल आवेशित प्रजाति हो सकता है और संयुग्म आधार तटस्थ हो सकता है, जिस स्थिति में सामान्यीकृत प्रतिक्रिया योजना को HA⁺ ⇌ H⁺ + A के रूप में लिखा जा सकता है। समाधान में अम्ल और उसके संयुग्म आधार के बीच रासायनिक संतुलन मौजूद होता है। संतुलन स्थिरांक K, विलयन में अणुओं या आयनों की साम्यावस्था सांद्रता की अभिव्यक्ति है। कोष्ठक एकाग्रता को इंगित करते हैं, जैसे कि [H₂O] का अर्थ H₂O की सांद्रता है। अम्ल वियोजन स्थिरांक K_a का प्रयोग सामान्यतः अम्ल-क्षार अभिक्रियाओं के संदर्भ में किया जाता है। K_a का संख्यात्मक मान अभिकारकों की सांद्रता से विभाजित उत्पादों की सांद्रता के उत्पाद (गणित) (गुणा) के बराबर है, जहां अभिकारक अम्ल (HA) है और उत्पाद संयुग्म आधार और H⁺ हैं।

$K_a=\frac{[{\text{H}}^{+}][{}^{}}{}$