अम्ल-क्षार प्रतिक्रिया

"अम्ल-क्षार" यहाँ पुनर्प्रेषित होता है। उन रसायनों के लिए जो अम्ल या क्षार के रूप में व्यवहार कर सकते हैं, एम्फ़ोटेरिज़्म (अम्ल एवं क्षारीय दोनों गुणों का होना) देखें।

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सफेद अमोनियम क्लोराइड बनाने वाले गैसीय हाइड्रोक्लोरिक अम्ल और अमोनिया (क्षार) के बीच प्रतिक्रिया का वीडियो

अम्ल-क्षार प्रतिक्रिया एक रासायनिक प्रतिक्रिया है जो अम्ल और क्षार (रसायन विज्ञान) के बीच होती है। इसका उपयोग अम्ल-क्षार अनुमापन के माध्यम से पीएच निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। कई सैद्धांतिक रूपरेखा प्रतिक्रिया तंत्र की वैकल्पिक अवधारणा और संबंधित समस्याओं को संशोधित करने में उनके अनुप्रयोग प्रदान करते हैं; इन्हें अम्ल-क्षार सिद्धांत कहा जाता है। उदाहरण के लिए, ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल-क्षार सिद्धांत भी सम्मिलित होता है।

गैसीय या तरल प्रजातियों के लिए अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाओं के विश्लेषण में उनका महत्व स्पष्ट हो जाता है, या जब अम्ल या क्षार स्वरूप कुछ कम स्पष्ट हो सकता है। इनमें से पहली अवधारणा 1776 के आसपास फ्रांसीसी रसायनज्ञ एंटोनी लेवोइसियर द्वारा प्रदान की गई थी।^[1]

अम्ल-क्षार प्रतिक्रिया मॉडल को सिद्धांतों के रूप में सोचना महत्वपूर्ण है जो एक दूसरे के पूरक हैं।^[2] उदाहरण के लिए, वर्तमान लुईस मॉडल में अम्ल और क्षार की सबसे व्यापक परिभाषा है, जिसमें ब्रोंस्टेड-लोरी सिद्धांत अम्ल और क्षार का एक उपवर्ग है, और अरहेनियस सिद्धांत सबसे अधिक प्रतिबंधात्मक है।

अम्ल-क्षार परिभाषाएं

ऐतिहासिक विकास

अम्ल-क्षार प्रतिक्रिया की अवधारणा को पहली बार 1754 में गुइल्यूम-फ्रांकोइस रूले द्वारा प्रस्तावित किया गया था, जिन्होंने क्षार (रसायन विज्ञान) शब्द को रसायन विज्ञान में एक पदार्थ के रूप में प्रस्तुत किया, जो एक अम्ल के साथ प्रतिक्रिया करके इसे ठोस रूप (लवण के रूप में) देता है। अधिकांश क्षार कड़वे होते हैं।^[3]

एवोइसियर का अम्ल का ऑक्सीजन सिद्धांत

अम्लों और क्षारों की पहली वैज्ञानिक अवधारणा लेवोज़ियर द्वारा लगभग 1776 में प्रदान की गई थी। HNO
₃ (नाइट्रिक अम्ल) और H
₂SO
₄ (सल्फ्यूरिक अम्ल), जिसमें ऑक्सीजन से परिबद्ध उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओ में केंद्रीय परमाणु होते हैं, और चूंकि वह हाइड्रोहालिक अम्ल ( हाइड्रोजिन फ्लोराइड, हाइड्रोजन क्लोराइड, हाइड्रोजन ब्रोमाइड और हाइड्रोजन आयोडाइड) की वास्तविक संरचना से अवगत नहीं था, वह अम्ल को उनके युक्त ऑक्सीजन के संदर्भ में परिभाषित किया, जिसे वास्तव में उन्होंने ग्रीक शब्दों से लिया है जिसका अर्थ अम्ल-अभिरूपक (ग्रीक भाषा से ὀξύς (ऑक्सिस) का अर्थ अम्ल या तीक्ष्ण और γεινομαι (जीइनोमाई) जिसका अर्थ है उत्पन्न करना) होता है। 1810 के लेख और हम्फ्री डेवी के बाद के व्याख्यानों तक लेवोज़ियर की परिभाषा 30 से अधिक वर्षों तक जारी रही, जिसमें उन्होंने H
₂S, H₂S, H₂Te और हाइड्रोहालिक अम्ल ऑक्सीजन की कमी को प्रमाणित किया। हालांकि, डेवी एक नए सिद्धांत को विकसित करने में विफल रहे, यह निष्कर्ष निकालते हुए कि अम्लता किसी विशेष प्राथमिक पदार्थ पर निर्भर नहीं करती है, बल्कि विभिन्न पदार्थों की विशिष्ट व्यवस्था पर निर्भर करती है।^[4] जोन्स जैकब बर्जेलियस द्वारा ऑक्सीजन सिद्धांत का एक उल्लेखनीय संशोधन प्रदान किया गया था, जिन्होंने कहा था कि अम्ल अधातुओं के ऑक्साइड हैं जबकि आधार धातुओं के ऑक्साइड हैं।

लीबिग का अम्ल का हाइड्रोजन सिद्धांत

1838 में, जस्टस वॉन लिबिग ने प्रस्तावित किया कि एक अम्ल एक हाइड्रोजन युक्त यौगिक है जिसका हाइड्रोजन एक धातु द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।^[5]^[6]^[7] यह पुनर्परिभाषा कार्बनिक अम्लों की रासायनिक संरचना पर उनके व्यापक कार्य पर आधारित थी, जिसमें डेवी द्वारा प्रारंभ किए गए ऑक्सीजन-आधारित अम्लों से हाइड्रोजन-आधारित अम्लों में सैद्धांतिक परिवर्तन को पूरा किया गया था। लिबिग की परिभाषा, पूरी तरह से अनुभवजन्य होने के बाद भी, अरहेनियस परिभाषा को स्वीकृत करने तक लगभग 50 वर्षों तक उपयोग में रही।^[8]

अरहेनियस की परिभाषा

स्वांते अरहेनियस

आण्विक शब्दों में अम्ल और क्षार की पहली आधुनिक परिभाषा स्वांते अरहेनियस द्वारा निर्मित की गई थी।^[9]^[10] अम्ल का एक हाइड्रोजन सिद्धांत, यह उनके 1884 के काम से फ्रेडरिक विल्हेम ओस्टवाल्ड के साथ जलीय विलयन में आयनों की उपस्थिति की स्थापना के बाद हुआ और 1903 में अरहेनियस को रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार मिला।

जैसा कि अरहेनियस द्वारा परिभाषित किया गया है:

एक अरहेनियस अम्ल एक पदार्थ है जो जल में वियोजन (रसायन विज्ञान) से हाइड्रोजन आयन (H⁺);^[11] अर्थात एक जलीय विलयन में अम्ल H⁺ आयनों की सांद्रता को बढ़ाता है।

यह पानी के प्रोटॉनन का कारण बनता है, या हाइड्रोनियम (H₃O⁺) आयन का निर्माण करता है।^{[note 1]} इस प्रकार, आधुनिक समय में, प्रतीक H⁺ की व्याख्या H₃O⁺ के लिए त्वरित सांकेतिक चिन्ह लिपि के रूप में की जाती है, क्योंकि अब यह ज्ञात हो गया है कि जलीय विलयन में मुक्त प्रजाति के रूप में अनावृत प्रोटॉन सम्मिलित नहीं होता है।^[14] यह वह प्रजाति है जिसे किसी विलयन की अम्लता या क्षारकता को मापने के लिए पीएच संकेतकों द्वारा मापा जाता है।

अरहेनियस क्षार एक ऐसा पदार्थ है जो जल में वियोजित होकर हाइड्रॉक्साइड (OH⁻) आयन बनाता है; अर्थात्, एक क्षार एक जलीय घोल में OH⁻ आयनों की सांद्रता को बढ़ाता है।

अम्लता और क्षारीयता की अरहेनियस परिभाषाएँ जलीय विलयनों तक सीमित हैं और अधिकांश गैर-जलीय विलयनों के लिए मान्य नहीं हैं, और विलायक आयनों की सांद्रता को संदर्भित करती हैं। इस परिभाषा के अंतर्गत, टॉलूईन में विघटित हुए शुद्ध H₂SO₄ और HCl अम्लीय नहीं होते हैं, और तरल अमोनिया में पिघला हुआ NaOH और कैल्शियम एमाइड के विलयन क्षारीय नहीं होते हैं। इसने इन गैर-जलीय अपवादों के लिए ब्रोंस्टेड-लोरी सिद्धांत और बाद के लुईस सिद्धांत का विकास किया।^[15]

अम्ल की क्षार के साथ अभिक्रिया को उदासीनीकरण (रसायन) अभिक्रिया कहते हैं। इस प्रतिक्रिया के उत्पाद लवण (रसायन विज्ञान) और पानी हैं।

अम्ल + क्षार → लवण + पानी

इस पारंपरिक प्रतिनिधित्व में एक अम्ल-क्षार उदासीनीकरण प्रतिक्रिया कोदोहरी प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया के रूप में तैयार किया जाता है। उदाहरण के लिए, सोडियम हाइड्रॉक्साइड, NaOH के साथ हाइड्रोक्लोरिक अम्ल, HCl की प्रतिक्रिया, विलयन सोडियम क्लोराइड, NaCl और कुछ अतिरिक्त पानी के अणुओं का एक विलयन उत्पन्न करता है।

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H₂O

इस समीकरण में संशोधक (जलीय विलयन) स्पष्ट रूप से सम्मिलित करने के अतिरिक्त अरहेनियस द्वारा निहित किया गया था। यह इंगित करता है कि पदार्थ पानी में विघटित हुए हैं। हालांकि सभी तीन पदार्थ, HCl, NaOH और NaCl शुद्ध यौगिकों के रूप में विद्यमान होने में सक्षम हैं, जलीय विलयन में वे जलीय आयनों H⁺, Cl⁻, Na⁺ और OH⁻ में पूरी तरह से अलग हो जाते हैं।

उदाहरण: बेकिंग पाउडर

जब पानी के साथ मिलाया जाता है, तो सोडियम बाइकार्बोनेट और अम्ल लवण गैसीय कार्बन डाईऑक्साइड का उत्पादन करने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं। फिर व्यावसायिक रूप से तैयार किया गया हो या घरेलू रूप से, बेकिंग पाउडर बनाने के सिद्धांत समान रहते हैं। दिखाए गए अनुसार अम्ल-क्षार प्रतिक्रिया को सामान्य रूप से प्रदर्शित किया जा सकता है:^[16]

NaHCO₃ + H⁺ → Na⁺ + CO₂ + H₂O

वास्तविक प्रतिक्रियाएँ अधिक जटिल होती हैं क्योंकि अम्ल जटिल होते हैं। उदाहरण के लिए, बेकिंग सोडा और मोनोकैल्शियम फॉस्फेट से प्रारंभ होकर, निम्नलिखित रससमीकरणमिति द्वारा प्रतिक्रिया कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन करती है:^[17]

14 NaHCO₃ + 5 Ca(H₂PO₄)₂ → 14 CO₂ + Ca₅(PO₄)₃OH + 7 Na₂HPO₄ + 13 H₂O

मोनोकैल्शियम फॉस्फेट (MCP) घरेलू बेकिंग पाउडर में एक सामान्य अम्ल घटक है।

विशिष्ट सूत्रीकरण (भार के अनुसार) में 30% सोडियम बाइकार्बोनेट, 5-12% मोनोकैल्शियम फॉस्फेट और 21-26% सोडियम एल्यूमीनियम सल्फेट की आवश्यकता हो सकती है। वैकल्पिक रूप से, एक व्यवसायिक बेकिंग पाउडर सोडियम एल्यूमीनियम सल्फेट के अतिरिक्त दो अम्लीय घटकों में से एक के रूप में सोडियम अम्ल पाइरोफॉस्फेट का उपयोग कर सकता है। इस तरह के सूत्रीकरण में एक अन्य विशिष्ट अम्ल शोधित अर्गल (KC₄H₅O₆) है, जो टार्टरिक अम्ल का व्युत्पन्न है।^[17]

ब्रोंस्टेड–लोरी परिभाषा

ब्रोंस्टेड-लोरी परिभाषा, 1923 में स्वतंत्र रूप से डेनमार्क में जोहान्स निकोलस ब्रोंस्टेड और इंग्लैंड में मार्टिन लोरी द्वारा तैयार की गई थी।^[18]^[19] अम्लों के अवक्षेपण के माध्यम से क्षारों के प्रोटोनीकरण के विचार पर आधारित है - अर्थात, अम्ल की हाइड्रोजन आयनों (H⁺) को प्रदान करने की क्षमता को हाइड्रोन (रसायन विज्ञान) अन्यथा क्षार के लिए प्रोटॉन के रूप में जाना जाता है, जो उन्हें स्वीकार करते हैं।^[20]^{[note 2]}

अम्ल-क्षार प्रतिक्रिया, इस प्रकार, अम्ल से हाइड्रोजन आयन को हटाने और क्षार में जोड़ने के लिए है।^[21] किसी अम्ल से हाइड्रोजन आयन को हटाने से उसका संयुग्मित अम्ल बनता है, जो कि हाइड्रोजन आयन को हटाने वाला अम्ल होता है। एक आधार द्वारा एक प्रोटॉन का स्वागत इसके संयुग्मित अम्ल का उत्पादन करता है, जो एक हाइड्रोजन आयन के साथ क्षारीय है।

पूर्व परिभाषाओं के विपरीत, ब्रोंस्टेड-लोरी परिभाषा लवण और विलायक के निर्माण का उल्लेख नहीं करती है, बल्कि संयुग्मित अम्ल और संयुग्मित क्षारो के निर्माण के लिए होती है, जो अम्ल से आधार तक एक प्रोटॉन के स्थानांतरण द्वारा उत्पादित होती है।^[11]^[20] इस दृष्टिकोण में, अम्ल और क्षार मूल रूप से लवण से व्यवहार में भिन्न होते हैं, जिन्हें विद्युत-अपघट्य के रूप में देखा जाता है, जो पीटर डेबी, लार्स ऑनसेगर और अन्य के सिद्धांतों के अधीन है। अम्ल और क्षार एक लवण और एक विलायक का उत्पादन करने के लिए नहीं, बल्कि एक नया अम्ल और एक नया क्षार बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं। इस प्रकार उदासीनीकरण की अवधारणा अनुपस्थित है।^[4] ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल-क्षार व्यवहार औपचारिक रूप से किसी भी विलायक से स्वतंत्र है, जो इसे अरहेनियस मॉडल की तुलना में अधिक व्यापक बनाता है। अरहेनियस मॉडल के अंतर्गत पीएच की गणना पानी (जलीय विलयन) में घुलने वाले क्षार (आधार) पर निर्भर करती है। ब्रोंस्टेड-लोरी मॉडल ने विस्तार किया जो अघुलनशील और घुलनशील विलयनों (गैस, तरल, ठोस) का उपयोग करके पीएच परीक्षण किया जा सकता है।

ब्रोंस्टेड-लोरी परिभाषा के अनुसार अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाओं का सामान्य सूत्र है:

HA + B → BH⁺ + A⁻

जहाँ HA अम्ल का प्रतिनिधित्व करता है, B आधार का प्रतिनिधित्व करता है, BH⁺ B, और A⁻ के संयुग्मी अम्ल का प्रतिनिधित्व करता है HA के संयुग्मित आधार का प्रतिनिधित्व करता है।

उदाहरण के लिए, जलीय विलयन में हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCL) के पृथक्करण के लिए ब्रोंस्टेड-लोरी मॉडल निम्नलिखित होगा:

HCl + H₂O ⇌ H₃O⁺ + Cl⁻

HCl से H⁺ को हटाने से अम्ल के संयुग्मित आधार क्लोराइड आयन, Cl⁻ का उत्पादन होता है। H₂O (आधार के रूप में कार्य करने वाले) में H⁺ के योग से हाइड्रोनियम आयन, H₃O⁺, क्षार का संयुग्मी अम्ल बनता है।

जल उभयधर्मी है-अर्थात् यह अम्ल और क्षार दोनों के रूप में कार्य कर सकता है। ब्रोंस्टेड-लोरी मॉडल इसे समझाता है, हाइड्रोनियम और हाइड्रॉक्साइड आयनों की कम सांद्रता में पानी के पृथक्करण को दर्शाता है:

H₂O + H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻

यह समीकरण नीचे दी गई छवि में प्रदर्शित किया गया है:

यहाँ, पानी का एक अणु एक अम्ल के रूप में कार्य करता है, एक H⁺ प्रदान करता है और संयुग्म क्षार, OH⁻ बनाता है, और पानी का एक दूसरा अणु एक आधार के रूप में कार्य करता है, H⁺ आयन को स्वीकार करता है और संयुग्मित अम्ल, H₃O⁺ बनाता है।

अम्ल के रूप में कार्य करने वाले जल के उदाहरण के रूप में, पिरिडीन, C₅H₅N के एक जलीय विलयन पर विचार करें।

C₅H₅N + H₂O ⇌ [C₅H₅NH]⁺ + OH⁻

इस उदाहरण में, एक पानी के अणु को हाइड्रोजन आयन में विभाजित किया जाता है, जो एक पाइरीडीन अणु और एक हाइड्रॉक्साइड आयन को प्रदान किया जाता है।

ब्रोंस्टेड-लोरी मॉडल में, विलायक के लिए पानी होना आवश्यक नहीं है, जैसा कि अरेनियस अम्ल-क्षार मॉडल द्वारा आवश्यक है। उदाहरण के लिए, विचार करें कि क्या होता है जब एसीटिक अम्ल, CH₃COOH, तरल अमोनिया में विघटित हो जाता है।

CH
₃COOH + NH
₃ ⇌ NH⁺
₄ + CH
₃COO⁻

एसिटिक अम्ल से एक H⁺ आयन निकाला जाता है, जिससे इसका संयुग्मी क्षार, एसीटेट आयन, CH₃COO⁻ बनता है। विलायक के एक अमोनिया अणु में H⁺ आयन के जुड़ने से इसका संयुग्मी अम्ल, अमोनियम आयन, NH⁺₄ बनता है।

ब्रोंस्टेड-लोरी मॉडल हाइड्रोजन युक्त पदार्थ (जैसे HCL) अम्ल कहते है। इस प्रकार, कुछ पदार्थ, जिन्हें कई रसायनज्ञ अम्ल मानते हैं, जैसे SO₃ या BCl₃ हाइड्रोजन की कमी के कारण इस वर्गीकरण से बाहर रखा गया है। गिल्बर्ट एन लुईस ने 1938 में लिखा था, अम्ल के समूह को उन पदार्थों तक सीमित करने के लिए जिनमें हाइड्रोजन सम्मिलित है, रसायन विज्ञान की व्यवस्थित समझ के साथ गंभीरता से अन्तः क्षेप करता है जैसे ऑक्सीजन युक्त पदार्थों के ऑक्सीकरण कारक शब्द का प्रतिबंध करता है।^[4] इसके अतिरिक्त, KOH और KNH₂ ब्रोंस्टेड क्षार नहीं माना जाता है, बल्कि OH^- और NH⁻
₂ क्षार युक्त लवण होते हैं।

लुईस परिभाषा

1923 में गिल्बर्ट एन. लुईस द्वारा तैयार अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाओं की लुईस परिभाषा द्वारा अरहेनियस और ब्रोंस्टेड-लोरी की हाइड्रोजन आवश्यकता को हटा दिया गया था।^[22] - खोजों की तालिका 1924 के रूप में लुईस सिद्धांत के लिए प्रकाशन/रिलीज की तारीख का श्रेय देती है। उसी वर्ष ब्रोंस्टेड-लोरी के रूप में, लेकिन यह 1938 तक उनके द्वारा विस्तृत नहीं किया गया था।^[4]प्रोटॉन या अन्य बंधुआ पदार्थों के संदर्भ में एसिड-बेस प्रतिक्रियाओं को परिभाषित करने के बजाय, लुईस परिभाषा एक आधार (जिसे लुईस बेस कहा जाता है) को एक यौगिक के रूप में परिभाषित करता है जो एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी और एक एसिड (एक लुईस एसिड) दान कर सकता है। एक यौगिक बनें जो इस इलेक्ट्रॉन जोड़ी को प्राप्त कर सके।^[23] उसी वर्ष ब्रोंस्टेड-लोरी के रूप में लेकिन इसे 1938 तक उनके द्वारा विस्तृत नहीं किया गया था।^[24]

अन्य अनुबद्ध पदार्थ, लुईस परिभाषा क्षार (जिसे लुईस क्षार कहा जाता है) को एक यौगिक के रूप में परिभाषित करता है जो एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी प्रदान कर सकता है, और अम्ल ( लुईस अम्ल) एक यौगिक है जो इस इलेक्ट्रॉन युग्म को प्राप्त कर सकता है।

उदाहरण के लिए, बोरॉन ट्राइफ्लोराइड, BF₃ एक विशिष्ट लुईस अम्ल है। यह इलेक्ट्रॉनों की एक युग्म को स्वीकार कर सकता है क्योंकि इसके अष्टक नियम में एक रिक्ति है। फ्लोराइड आयन में एक पूर्ण अष्टक होता है और यह इलेक्ट्रॉनों की एक युग्म प्रदान कर सकता है। इस प्रकार

BF₃ + F⁻ → BF⁻
₄

विशिष्ट लुईस अम्ल, लुईस क्षार प्रतिक्रिया है। सूत्र AX₃ के साथ बोरॉन समूह के तत्वों के सभी यौगिक लुईस अम्ल के रूप में व्यवहार कर सकता है। इसी प्रकार, समूह 15 तत्वों के यौगिक एक सूत्र DY₃ के साथ, जैसे अमाइन, NR₃, और फॉस्फीन, PR₃, लुईस क्षार के रूप में व्यवहार कर सकता है। उनके बीच के योगोत्पाद का सूत्र X₃A←DY₃ होता है। जिसमें मूल सहसंयोजक बंधन होता है, जिसे प्रतीकात्मक रूप से परमाणुओं A (स्वीकर्ता) और D (दाता) के बीच ← के रूप में दिखाया जाता है। सूत्र DX2 वाले समूह 16 के यौगिक भी लुईस क्षार के रूप में कार्य कर सकते हैं; इस तरह, एक यौगिक जैसे ईथर, R₂O, या थियोईथर, R₂S, लुईस क्षार के रूप में कार्य कर सकता है। लुईस की परिभाषा इन उदाहरणों तक सीमित नहीं है। उदाहरण के लिए, कार्बन मोनोआक्साइड लुईस क्षार के रूप में कार्य करता है जब यह सूत्र F₃B←CO के बोरॉन ट्राइफ्लोराइड के साथ एक युग्म बनाता है।

धातु आयनों को सम्मिलित करने वाले योगोत्पाद को समन्वय यौगिकों के रूप में संदर्भित किया जाता है; प्रत्येक लिगैंड धातु आयन को इलेक्ट्रॉनों की एक युग्म प्रदान करता है।^[23] प्रतिक्रिया

[Ag(H₂O)₄]⁺ + 2NH₃ → [Ag(NH₃)₂]⁺ + 4H₂O

अम्ल-क्षार प्रतिक्रिया के रूप में देखा जा सकता है जिसमें एक प्रबल क्षार (अमोनिया) एक दुर्बल (पानी) का स्थान लेता है

प्रतिक्रिया के बाद से लुईस और ब्रोंस्टेड-लोरी परिभाषाएं एक दूसरे के अनुरूप हैं

H⁺ + OH⁻ ⇌ H₂O

दोनों सिद्धांतों में एक अम्ल-क्षार प्रतिक्रिया है।

विलायक प्रणाली परिभाषा

अरहेनियस परिभाषा की सीमाओं में से एक इसकी पानी के विलयन पर निर्भरता है। एडवर्ड कर्टिस फ्रैंकलिन ने 1905 में तरल अमोनिया में अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाओं का अध्ययन किया और जल-आधारित अरहेनियस सिद्धांत की समानता की ओर संकेत किया। अल्बर्ट फ्रेड्रिक ओटोमर जर्मन, तरल फॉसजीन (विषैली गैस), COCl₂ के साथ काम करते हुए, 1925 में विलायक-आधारित सिद्धांत तैयार किया, जिससे ऐप्रोटिक विलायक को विलोपित करने के लिए अरहेनियस परिभाषा को सामान्य किया गया।^[25]

जर्मन ने बताया कि कई विलयन में उदासीन विलायक अणुओं के साथ साम्य में आयन होते हैं:

सोलोनियम आयन: धनात्मक आयनों के लिए एक सामान्य नाम है। (सोलोनियम शब्द ने विलायक के अणुओं के प्राटॉनीकरण द्वारा निर्मित पुराने शब्द लिओनियम आयन धनात्मक आयनों को प्रतिस्थापित किया है।)
विलायक आयन: ऋणात्मक आयनों के लिए एक सामान्य नाम है। (विलायक शब्द ने विलायक अणुओं के अवक्षेपण द्वारा निर्मित पुराने शब्द लाइएट आयन ऋणात्मक आयनों को बदल दिया है।)

उदाहरण के लिए, पानी और अमोनिया इस तरह के पृथक्करण से क्रमशः हाइड्रोनियम और हाइड्रॉक्साइड, और अमोनियम और एमाइड में इस तरह के पृथक्करण से गुजरते हैं:

2 H
₂O ⇌ H
₃O⁺
+ OH⁻

2 NH
₃ ⇌ NH⁺
₄ + NH⁻
₂

कुछ एप्रोटिक प्रणालियाँ भी इस तरह के पृथक्करण से गुजरती हैं, जैसे कि डाइनाइट्रोजन टेट्रोक्साइड को नाइट्रोसोनियम और नाइट्रेट में, एंटीमनी ट्राइक्लोराइड को डाइक्लोरोएन्टिमोनियम और टेट्राक्लोरोएंटीमोनेट में, और फ़ॉस्जीन को क्लोरोकारबॉक्सोनियम और क्लोराइड में:

N
₂O
₄ ⇌ NO⁺
+ NO⁻
₃

2 SbCl
₃ ⇌ SbCl⁺
₂ + SbCl⁻
₄

COCl
₂ ⇌ COCl⁺
+ Cl⁻

विलेय जो सॉल्वोनियम आयनों की सांद्रता में वृद्धि और विलायक आयनों की सांद्रता में कमी का कारण बनता है, जिसे अम्ल के रूप में परिभाषित किया गया है। विलेय जो विलायक आयनों की सांद्रता में वृद्धि और सॉल्वोनियम आयनों की सांद्रता में कमी का कारण बनता है, एक क्षार के रूप में परिभाषित किया गया है।

इस प्रकार, तरल अमोनिया में, KNH
₂ (आपूर्ति NH⁻
₂) एक प्रबल क्षार है, और NH
₄NO
₃ (आपूर्ति NH⁺
₄) प्रबल अम्ल है। तरल सल्फर डाइऑक्साइड में (SO
₂), थियोनील यौगिक (आपूर्ति SO²⁺
) अम्ल और सल्फाइट्स के रूप में व्यवहार करते हैं ( SO²⁻
₃आपूर्ति करते हैं) क्षारो के रूप में व्यवहार करते हैं।

तरल अमोनिया में गैर-जलीय अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाएं पानी में प्रतिक्रियाओं के समान होती हैं:

+ → Na
₂[Zn(NH
₂)
₄]

+ → [Zn(NH
₃)
₄]I
₂

नाइट्रिक अम्ल तरल सल्फ्यूरिक अम्ल में एक क्षार हो सकता है:

+ 2 H
₂SO
₄ → NO⁺
₂ + H
₃O⁺
+ 2 HSO⁻
₄

इस परिभाषा की अद्वितीय प्रबलता एप्रोटिक विलयन में में प्रतिक्रियाओं का वर्णन करने में दिखाती है उदाहरण के लिए तरल N
₂O
₄ मे:

+ → +

क्योंकि विलायक प्रणाली की परिभाषा विलेय के साथ-साथ विलायक पर भी निर्भर करती है, विलायक के चयन के आधार पर एक विशेष विलेय या तो अम्ल या क्षार हो सकता है: HClO
₄ पानी में एक प्रबल अम्ल, एसिटिक अम्ल में एक दुर्बल अम्ल और फ्लोरोसल्फोनिक अम्ल में एक दुर्बल क्षार है; सिद्धांत की इस विशेषता को प्रबलता और दुर्बलता दोनों के रूप में देखा गया है, क्योंकि कुछ पदार्थ (जैसे SO
₃ और NH
₃) अपने आप में अम्लीय या क्षारीय होते देखे गए हैं। दूसरी ओर, विलायक तंत्र सिद्धांत के उपयोगी होने के लिए बहुत सामान्य होने के रूप में आलोचना की गई है। इसके अतिरिक्त, यह सोचा गया है कि हाइड्रोजन यौगिकों के बारे में कुछ आंतरिक रूप से अम्लीय है, गैर-हाइड्रोजेनिक सॉल्वोनियम लवण द्वारा साझा नहीं की जाने वाले गुण है।^[4]

लक्स–फ़्लड की परिभाषा

यह अम्ल-क्षार सिद्धांत 1939 में जर्मन रसायनज्ञ हरमन लक्स द्वारा प्रस्तावित अम्ल और क्षार के ऑक्सीजन सिद्धांत का पुनरुद्धार था,^[26]^[27] 1947 के आसपास हाकोन फ्लड द्वारा और सुधार किया गया^[28] और अभी भी आधुनिक भू-रसायन और पिघले हुए लवणों की विद्युत-रसायन में प्रयोग किया जाता है। यह परिभाषा अम्ल को ऑक्साइड आयन (O²⁻
) स्वीकर्ता और एक क्षारको ऑक्साइड आयन दाता के रूप में वर्णित करती है। उदाहरण के लिए:^[29]

+ → MgCO
₃

+ → CaSiO
₃

+ → NO⁺
₂ + 2 SO²⁻
₄

यह सिद्धांत उत्कृष्‍ट गैस यौगिक, विशेष रूप से क्सीनन ऑक्साइड, फ्लोराइड्स और ऑक्सोफ्लोराइड्स की प्रतिक्रियाओं के व्यवस्थितकरण में भी उपयोगी है।^[30]

उसानोविच की परिभाषा

मिखाइल उसानोविच ने एक सामान्य सिद्धांत विकसित किया जो अम्लता को हाइड्रोजन युक्त यौगिकों तक सीमित नहीं करता है, लेकिन 1938 में प्रकाशित उनका दृष्टिकोण, लुईस सिद्धांत से भी अधिक सामान्य था।^[4] उसानोविच के सिद्धांत को एक अम्ल को परिभाषित करने के रूप में संक्षेपित किया जा सकता है, जो कि ऋणात्मक प्रजातियों को स्वीकार करता है या धनात्मक को उपस्थित करता है, और एक क्षार प्रतिवर्त के रूप में होता है। इसने अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाओं के एक विशेष स्थिति के रूप में रिडॉक्स (ऑक्सीकरण-कमी) की अवधारणा को परिभाषित किया

उसानोविच अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाओं के कुछ उदाहरणों में सम्मिलित हैं:

+ → 2 Na⁺
+ SO²⁻
₄ (प्रजातियों का आदान-प्रदान: O²⁻
ऋणायन)

+ → 6 NH⁺
₄ + 2 SbS³⁻
₄ (प्रजातियों का आदान-प्रदान: 3 S²⁻
ऋणायन)

+ → 2Na⁺
+ 2Cl⁻
(प्रजातियों का आदान-प्रदान: 2 इलेक्ट्रॉन)

लुईस अम्ल-क्षार अन्तः क्रिया की प्रबलता को युक्तिसंगत बनाना

प्रबल और मृदु अम्ल और क्षार सिद्धांत

1963 में, राल्फ पियर्सन ने एक गुणात्मक अवधारणा प्रस्तावित की जिसे प्रबल और मृदु अम्ल और क्षार सिद्धांत के रूप में जाना जाता है।^[31] बाद में 1984 में रॉबर्ट पारा की सहायता से मात्रात्मक बना दिया।^[32]^[33] 'प्रबल' उन प्रजातियों पर प्रयुक्त होता है जो छोटी हैं, उच्च आवेश वाली अवस्थाएँ हैं, और दुर्बल रूप से ध्रुवीकरण करने योग्य हैं। 'नरम' उन प्रजातियों पर प्रयुक्त होता है जो बड़ी हैं, कम आवेश वाली अवस्थाएँ हैं और प्रबलता से ध्रुवीकरण योग्य हैं। अम्ल और क्षार अन्तःक्रिया करते हैं, और सबसे स्थिर अन्तः क्रिया प्रबल-प्रबल और मृदु-मृदु हैं। इस सिद्धांत को कार्बनिक और अकार्बनिक रसायन विज्ञान में उपयोग मिला है।

स्थिरवैद्युत सहसंयोजक (ईसीडब्ल्यू) मॉडल

रसेल एस। ड्रैगो द्वारा बनाया गया स्थिरवैद्युत सहसंयोजक मॉडल एक मात्रात्मक मॉडल है जो लुईस अम्ल क्षार अन्तः क्रिया -ΔH की प्रबलता का वर्णन और भविष्यवाणी करता है। मॉडल ने कई लुईस अम्लों और क्षारों को E और C पैरामीटर निर्दिष्ट किए। प्रत्येक अम्ल की विशेषता एक E_A और एक C_A होती है। इसी तरह प्रत्येक आधार को अपने स्वयं के E_B और C_B द्वारा चित्रित किया जाता है। ई और सी पैरामीटर क्रमशः स्थिरवैद्युत और सहसंयोजक योगदान को संदर्भित करते हैं जो बंध की प्रबलता के लिए अम्ल और क्षार का निर्माण करेंगे। समीकरण है

−ΔH = E_AE_B + C_AC_B + W

W व्यंजक अम्ल-क्षार प्रतिक्रिया के लिए निरंतर ऊर्जा योगदान का प्रतिनिधित्व करता है जैसे डिमेरिक अम्ल या क्षार की विदलन करता है। समीकरण अम्ल और क्षार प्रबलता के प्रतिवर्त होने की भविष्यवाणी करता है। समीकरण की चित्रमय प्रस्तुतियों से पता चलता है कि लुईस क्षार प्रबलता या लुईस अम्ल प्रबलता का समान क्रम नहीं है।^[34]

अम्ल-क्षार साम्य

प्रबल अम्ल की प्रबल क्षार के साथ अभिक्रिया अनिवार्य रूप से एक मात्रात्मक अभिक्रिया है। उदाहरण के लिए,

HCl_(aq) + Na(OH)_(aq) → H₂O + NaCl_(aq)

इस अभिक्रिया में सोडियम और क्लोराइड आयन दोनों उदासीनीकरण अभिक्रिया के प्रेक्षक हैं,

H⁺ + OH⁻ → H₂O

उन्हें सम्मिलित नहीं करता है। दुर्बल क्षारों के साथ अम्ल का योग मात्रात्मक नहीं होता क्योंकि दुर्बल क्षारों का विलयन उभयरोधी विलयन होता है। दुर्बल अम्ल का विलयन भी उभयरोधी विलयन होता है। जब एक दुर्बल अम्ल एक दुर्बल आधार के साथ प्रतिक्रिया करता है तो एक साम्य मिश्रण उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, AH के रूप में लिखे गए एडीनाइन, हाइड्रोजन फास्फेट आयन, HPO²⁻
₄ के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं

AH + HPO²⁻
₄ ⇌ A^- + H
₂PO⁻
₄

इस प्रतिक्रिया के लिए साम्य स्थिरांक एडेनिन और डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट आयन के अम्ल पृथक्करण स्थिरांक से प्राप्त किया जा सकता है।

[A⁻] [H⁺] = K_a1[AH]

[HPO²⁻
₄] [H⁺] = K_a2[H
₂PO⁻
₄]

अंकन [X], X की संकेंद्रता को दर्शाता है। जब इन दोनों समीकरणों को हाइड्रोजन आयन सांद्रता को हटाकर संयोजित किया जाता है, तो साम्य स्थिरांक के लिए एक व्यंजक, K प्राप्त होता है

[A⁻] [H
₂PO⁻
₄] = K[AH] [HPO²⁻
₄]; _{K = K_a1/K_a2}

अम्ल-क्षार प्रतिक्रिया

अम्ल-क्षार प्रतिक्रिया अम्ल-क्षार प्रतिक्रिया का एक विशेष स्थिति है, जहां उपयोग किया जाने वाला क्षारक भी क्षार है। जब एक अम्ल क्षार लवण (धातु हाइड्रॉक्साइड) के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो उत्पाद धातु लवण (रसायन विज्ञान) और पानी होता है। अम्ल-क्षार अभिक्रियाएँ भी उदासीनीकरण (रसायन विज्ञान) अभिक्रियाएँ हैं।

सामान्य रूप से, अम्ल-क्षार प्रतिक्रियाओं को सरल बनाया जा सकता है

OH⁻
_(aq)+ H⁺
_(aq) → H
₂O

प्रेक्षक आयनों को छोड़ कर।

अम्ल सामान्य रूप से शुद्ध पदार्थ होते हैं जिनमें हाइड्रोन धनायन (H⁺
) होता है, या उन्हें विलयन में उत्पादित करने का कारण बनता है। हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl) और सल्फ्यूरिक अम्ल (H
₂SO
₄) सामान्य उदाहरण हैं। पानी में, ये आयनों में विखंडित हो जाते हैं:

HCl → H⁺
_(aq) + Cl⁻
_(aq)

H
₂SO
₄ → H⁺
_(aq) + HSO⁻
₄_(aq)

क्षार पानी में विखंडित हो जाता है, विघटित हुए हाइड्रॉक्साइड आयनों को उत्पन्न करता है:

NaOH → Na⁺
_(aq) + OH⁻
_(aq)

यह भी देखें

अम्ल-क्षार अनुमापन
अवक्षेपण
दाता संख्या
ऋणावेशित सूक्ष्म अणु का विन्यास
गुटमैन-बेकेट विधि
लुईस संरचना
न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन
उदासीनीकरण (रसायन विज्ञान)
प्राटॉनीकरण
रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं
अनुनाद (रसायन विज्ञान)

↑ More recent IUPAC recommendations now suggest the newer term "hydronium"^[12] be used in favor of the older accepted term "oxonium"^[13] to illustrate reaction mechanisms such as those defined in the Brønsted–Lowry and solvent system definitions more clearly, with the Arrhenius definition serving as a simple general outline of acid–base character.^[11]
↑ "Removal and addition of a proton from the nucleus of an atom does not occur – it would require very much more energy than is involved in the dissociation of acids."

संदर्भ

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स्रोत

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बाहरी संबंध

[14] More recent IUPAC recommendations now suggest the newer term "hydronium"^[12] be used in favor of the older accepted term "oxonium"^[13] to illustrate reaction mechanisms such as those defined in the Brønsted–Lowry and solvent system definitions more clearly, with the Arrhenius definition serving as a simple general outline of acid–base character.^[11]

[22] "Removal and addition of a proton from the nucleus of an atom does not occur – it would require very much more energy than is involved in the dissociation of acids."

[lavoisier_1-1] Miessler & Tarr 1991, p. 166 - खोजों की तालिका एंटोनी लैवोज़ियर को ऑक्सीअम्ल के संबंध में एक वैज्ञानिक सिद्धांत प्रस्तुत करने वाले पहले व्यक्ति के रूप में प्रस्तुत करती है।

[2] ttps://en.wikipedia.org/wiki/Acid%E2%80%93base_reaction#:~:text=complement%20each%20other.-,%5B2%5D,-For%20example%2C%20the

[3] Jensen, William B. (2006). "शब्द "आधार" की उत्पत्ति". The Journal of Chemical Education. 83 (8): 1130. Bibcode:2006JChEd..83.1130J. doi:10.1021/ed083p1130.

[review1940-4] {Jump up to: 4.0} ^4.1 ^4.2 ^4.3 ^4.4 ^4.5 Hall, Norris F. (March 1940). "अम्ल और क्षार की प्रणाली". Journal of Chemical Education. 17 (3): 124–128. Bibcode:1940JChEd..17..124H. doi:10.1021/ed017p124.

[liebig_1-5] Miessler & Tarr 1991

[meyers_156-6] Meyers 2003, p. 156

[7] Miessler & Tarr 1991, p. 166 – table of discoveries attributes Justus von Liebig's publication as 1838

[liebig_2-8] Finston & Rychtman 1983, pp. 140–146

[miessler_154-9] मिस्लर जी.एल. और टैर डी.ए. अकार्बनिक रसायन विज्ञान (दूसरा संस्करण, प्रेंटिस-हॉल 1999) पी। 154 ISBN 0-13-841891-8

[10] Whitten K.W., Galley K.D. and Davis R.E. General Chemistry (4th ed., Saunders 1992) p. 356 ISBN 0-03-072373-6

[miessler_165-11] {Jump up to: 11.0} ^11.1 ^11.2 Miessler & Tarr 1991, p. 165

[12] Murray, Kermit K.; Boyd, Robert K.; Eberlin, Marcos N.; Langley, G. John; Li, Liang; Naito, Yasuhide (June 2013) [2006]. "Standard definition of terms relating to mass spectrometry recommendations" (PDF). Pure and Applied Chemistry. 85 (7): 1515–1609. doi:10.1351/PAC-REC-06-04-06. S2CID 98095406. Archived (PDF) from the original on 2022-10-09. (In this document, there is no reference to deprecation of "oxonium", which is also still accepted, as it remains in the IUPAC Gold book, but rather reveals preference for the term "Hydronium".)

[iupac_gold-13] "oxonium ylides". IUPAC Compendium of Chemical Terminology (interactive version) (2.3.3 ed.). International Union of Pure and Applied Chemistry. 2014. Retrieved 9 May 2007.

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[16] "अम्ल और क्षार के सिद्धांत". www.chemguide.co.uk. Retrieved 18 April 2018.

[17] A.J. Bent, ed. (1997). केक बनाने की तकनीक (6 ed.). Springer. p. 102. ISBN 9780751403497. Retrieved 2009-08-12.

[KO-18] {Jump up to: 17.0} ^17.1 John Brodie, John Godber "Bakery Processes, Chemical Leavening Agents" in Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 2001, John Wiley & Sons. doi:10.1002/0471238961.0308051303082114.a01.pub2

[19] Brönsted, J.N. (1923). "Einige Bemerkungen über den Begriff der Säuren und Basen" [Some observations about the concept of acids and bases]. Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas. 42 (8): 718–728. doi:10.1002/recl.19230420815.

[20] Lowry, T.M. (1923). "हाइड्रोजन की विशिष्टता". Journal of the Society of Chemical Industry. 42 (3): 43–47. doi:10.1002/jctb.5000420302.

[miessler_167-21] {Jump up to: 20.0} ^20.1 Miessler & Tarr 1991, pp. 167–169 - इस पृष्ठ के अनुसार, मूल परिभाषा यह थी कि अम्ल में एक प्रोटॉन खोने की प्रवृत्ति होती है

[Clayden_1-23] {{harvnb|Clayden|Greeves|Warren|Wothers|2000|pp=182–184}

[lewis_1-24] Miessler & Tarr 1991, p. 166 – Table of discoveries attributes the date of publication/release for the Lewis theory as 1924.

[lewis_2-25] {Jump up to: 23.0} ^23.1 Miessler & Tarr 1991, pp. 170–172

[26] ttps://en.wikipedia.org/wiki/Acid%E2%80%93base_reaction#cite_note-review1940-4

[27] Germann, Albert F.O. (6 October 1925). "सॉल्वेंट सिस्टम का एक सामान्य सिद्धांत". Journal of the American Chemical Society. 47 (10): 2461–2468. doi:10.1021/ja01687a006.

[28] Franz, H. (1966). "अल्कली बोरेट मेल्ट्स में जल वाष्प की विलेयता". Journal of the American Ceramic Society. 49 (9): 473–477. doi:10.1111/j.1151-2916.1966.tb13302.x.

[lux-29] Lux, Hermann (1939). ""Säuren" und "Basen" im Schmelzfluss: die Bestimmung. der Sauerstoffionen-Konzentration". Z. Elektrochem. (in Deutsch). 45 (4): 303–309.

[flood-30] Flood, H.; Forland, T. (1947). "ऑक्साइड के अम्लीय और बुनियादी गुण". Acta Chemica Scandinavica. 1 (6): 592–604. doi:10.3891/acta.chem.scand.01-0592. PMID 18907702.

[drago-31] Drago, Russel S.; Whitten, Kenneth W. (1966). "फ्यूज्ड-सॉल्ट मीडिया का उपयोग करते हुए ऑक्सीहैलाइड्स का संश्लेषण". Inorganic Chemistry. 5 (4): 677–682. doi:10.1021/ic50038a038.

[32] Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. p. 1056. ISBN 978-0-08-022057-4.

[pearson-33] Pearson, Ralph G. (1963). "हार्ड और सॉफ्ट एसिड और बेस।". Journal of the American Chemical Society. 85 (22): 3533–3539. doi:10.1021/ja00905a001.

[abshardess-34] Parr, Robert G.; Pearson, Ralph G. (1983). "Absolute hardness: companion parameter to absolute electronegativity". Journal of the American Chemical Society. 105 (26): 7512–7516. doi:10.1021/ja00364a005.

[35] Pearson, Ralph G. (2005). "रासायनिक कठोरता और घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत" (PDF). Journal of Chemical Sciences. 117 (5): 369–377. CiteSeerX 10.1.1.693.7436. doi:10.1007/BF02708340. S2CID 96042488. Archived (PDF) from the original on 2022-10-09.

[36] Vogel G. C.; Drago, R. S. (1996). "ईसीडब्ल्यू मॉडल". Journal of Chemical Education. 73 (8): 701–707. Bibcode:1996JChEd..73..701V. doi:10.1021/ed073p701.

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