חומצה

חומצה היא תרכובת שמ במים מייצרת יוני הידרוניום (H3O+), וכתוצאה מכך ה-pH של התמיסה יורד מתחת ל-7.

במהלך ההיסטוריה הוצעו כמה הגדרות שעוזרות לתאר את אותו רעיון בצורה שונה. לבואזיה קישר חומצות לנוכחות חמצן, אבל גילוי של חומצות ללא חמצן הוביל להגדרות מודרניות יותר.

על פי ארהניוס חומצה היא חומר שמעלה את ריכוז יוני ה-H3O+ במים. הגדרה זו מתאימה רק למקרים שמדובר בתמיסות במים.

ברונסטד-לאורי מגדירים חומצה כחומר שמוסר פרוטון (+H) ובסיס כחומר שקולט פרוטון. זו הגדרה נפוצה כי היא חלה גם על תגובות שאינן במים.

לואיס הגדיר חומצה כחומר המקבל זוג אלקטרונים, ובסיס כמצנע זוג אלקטרונים. זוהי הגדרה רחבה יותר; כל חומצה ברונסטד-לאורי היא גם חומצת לואיס, אך לא תמיד להיפך.

חומצות עוברות דיסוציאציה במים: פרוטון יוצא מהחומצה ומתלכד עם מולקולת מים ליצירת H3O+, והיון שנשאר נקרא הבסיס המצומד. לא תמיד כל המולקולות מתפרקות לגמרי: אם התהליך כמעט שלם מדברים על חומצה חזקה; אם לא, מדובר בחומצה חלשה.
חוזק החומצה נמדד על ידי קבוע הפירוק Ka (או בהצגה נוחה יותר pKa). Ka גבוה מציין חומצה חזקה; pKa קטן מצביע על חומצה חזקה.
דוגמאות: חומצות חזקות ידועות הן H2SO4, HNO3 ו-HCl; חומצות חלשות כוללות H2CO3 (חומצה פחמתית), CH3COOH (חומצת חומץ) ואספירין.

חלק מהחומצות הן פוליפרוטיות, הן יכולות לתת יותר מפרוטון אחד. חומצות דו-פרוטיות ותלת-פרוטיות מתפרקות בשלבים, כאשר קבוע הפירוק של כל שלב קטן מהקודם (Ka1>Ka2>Ka3). דוגמאות: H2SO4 חזקה מאוד, H2CO3 חלשה יחסית, H3PO4 וחומצה ציטרית הן תלת-פרוטיות.

גם מים מתמוססים במידה קטנה ל-H3O+ ו-OH-. מוצר הריכוזים שלהם קבוע בנתון ותמיסה נייטרלית יש בה ריכוז שווה של שני היונים.
מים יכולים לתפקד גם כחומצה וגם כבסיס. חומרים כאלה נקראים אמפוטריים.

ניטרול מתרחש כאשר מוסיפים כמות שווה במולים של בסיס לחומצה. בסיום התהליך לא נשארים חומצה או בסיס, והתמיסה נייטרלית (pH=7).

חומצה היא חומר שגורם לתמיסה להיות חמוצה. היא יוצרת יון שנקרא הידרוניום (H3O+). יון הוא חלקיק טעון.

נוסו כמה דרכים להגיד מהי חומצה. יש דרכים שמדברות על מים, ויש דרכים שמדברות על העברה של חלקיק קטן בשם פרוטון.

ארהניוס אומר: חומצה מעלה את כמות ה-H3O+ במים.

ברונסטד-לאורי אומרים: חומצה מוסרת פרוטון (+H). בסיס קולט את הפרוטון.

לואיס אמר שחומצה היא מי שמקבל זוג אלקטרונים. אלקטרונים הם חלקיקים קטנים סביב אטומים.

כשחומצה מתמוססת במים, היא משחררת פרוטון. המים תופסים את הפרוטון ויוצרים H3O+. היון שנשאר נקרא הבסיס המצומד.
חלק מהחומצות נוטשות את כל הפרוטונים שלהן במים. אלה חומצות חזקות. אחרות נוטשות רק חלק מהן. אלה חומצות חלשות.
דוגמאות ידידותיות: חומצה בגבול מסורתי היא חומצת מלח (HCl). חומץ הוא חומצה חלשה. גם מיץ לימון חומצי.
בנוסף, יש חומצות שיכולות לתת יותר מפרוטון אחד. קוראים להם חומצות פוליפרוטיות. חומצה זרחתית וחומצה ציטרית הן דוגמאות.

גם מים מתפרקים מעט ל-H3O+ ו-OH-. כשיש בדיוק אותו מספר של שני היונים, התמיסה נייטרלית.

כדי לנטרל חומצה מוסיפים בסיס. אם מוסיפים כמות שווה במולים, מקבלים תמיסה נייטרלית.

דוגמאות יומיומיות: חומצת מצבר ברכב, המשקה קולה, הקיבה ואפילו מיץ לימון הם דוגמאות לחומצות.