ఆమ్ల–క్షార చర్య

ఆమ్ల–క్షార చర్య (acid–base reaction) అనేది రసాయన శాస్త్రంలో చాలా సాధారణంగా కనిపించే ఒక రసాయనిక చర్య (chemical reaction). ఒక ఆమ్లం (acid) మరియు ఒక క్షారం (base) ఒకదానితో ఒకటి కలిసినప్పుడు ఈ చర్య జరుగుతుంది. రసాయన శాస్త్రం (chemistry) లో, ఒక ద్రవం ఎంత ఆమ్లత్వంతో ఉందో లేదా ఎంత క్షారత్వంతో ఉందో తెలుసుకోవడానికి శాస్త్రవేత్తలకు ఈ చర్యలు బాగా ఉపయోగపడతాయి. దీనిని తెలుసుకోవడానికి తరచుగా ఆమ్ల-క్షార టైట్రేషన్ (Acid–base titration) అనే పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు.

ఈ చర్యలు ఎలా జరుగుతాయనే అంశంపై రకరకాల సిద్ధాంతాలు (theories) ఉన్నాయి. వీటిలో అర్హీనియస్ సిద్ధాంతం, బ్రాన్‌స్టెడ్–లౌరీ ఆమ్ల-క్షార సిద్ధాంతం మరియు లూయిస్ సిద్ధాంతం చాలా ముఖ్యమైనవి. ఈ సిద్ధాంతాల ద్వారా రసాయనాలు నీటిలో గానీ, ఇతర ద్రవాలలో గానీ, లేదా వాయువులుగా ఉన్నప్పుడు గానీ ఎలా ప్రవర్తిస్తాయో మనం సులభంగా అర్థం చేసుకోవచ్చు.

ఆమ్లాలు మరియు క్షారాల గురించి అధ్యయనం చాలా కాలం క్రితమే మొదలైంది. ఆంటోయిన్ లావోయిజర్ (Antoine Lavoisier) అనే ఫ్రెంచ్ రసాయన శాస్త్రవేత్త (chemist) 1776 ప్రాంతంలో దీనిపై పరిశోధనలు ప్రారంభించారు.^[1] కొన్ని రసాయనాల ప్రవర్తనను వివరించడానికి ఒక సిద్ధాంతం కంటే మరో సిద్ధాంతం బాగా సరిపోతుంది, అందుకే నేటికీ మనం వివిధ రకాల నమూనాలను వాడుతున్నాము.^[2]

ఆమ్ల-క్షార భావనల చరిత్ర

ఆమ్లాలు మరియు క్షారాల గురించి ప్రజలకు వందల ఏళ్లుగా తెలుసు. కానీ, అవి ఒకదానితో ఒకటి ఎందుకు చర్య జరుపుతాయి అనే శాస్త్రీయ కారణాలను కనుగొనడానికి చాలా సమయం పట్టింది. ప్రారంభంలో కేవలం రుచిని బట్టి లేదా అవి చేసే పనులను బట్టి వీటిని గుర్తించేవారు.

ప్రారంభ నిర్వచనాలు

1754లో, గిలౌమ్-ఫ్రాంకోయిస్ రౌల్ (Guillaume-François Rouelle) అనే వ్యక్తి మొదటిసారిగా "క్షారం" (base) అనే పదాన్ని వాడారు. ఒక ఆమ్లంతో చర్య జరిపి, ఆ ఆమ్లాన్ని ఘన రూపంలోకి అంటే ఒక లవణం (salt) గా మార్చే పదార్థాన్ని ఆయన క్షారం అని పిలిచారు. క్షారాలు సాధారణంగా చేదు రుచిని కలిగి ఉంటాయని ఆయన గమనించారు.^[3]

లావోయిజర్ మరియు ఆక్సిజన్

ఆంటోయిన్ లావోయిజర్ అన్ని ఆమ్లాలలో తప్పనిసరిగా ఆక్సిజన్ (oxygen) ఉంటుందని భావించారు. నిజానికి, "ఆక్సిజన్" అనే పదం గ్రీకు భాష నుండి వచ్చింది, దీని అర్థం "ఆమ్లాన్ని తయారు చేసేది" అని. సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం వంటి ఆయనకు తెలిసిన బలమైన ఆమ్లాల్లో ఆక్సిజన్ ఉండటంతో ఆయన అలా నమ్మారు. కానీ ఈ ఆలోచన తప్పని తర్వాత తెలిసింది. 1810లో, హంఫ్రీ డేవి (Humphry Davy) కొన్ని ఆమ్లాలలో (ఉదాహరణకు హైడ్రోజన్ క్లోరైడ్) అసలు ఆక్సిజన్ లేదని నిరూపించారు. దీనివల్ల శాస్త్రవేత్తలకు కొత్త సిద్ధాంతం అవసరమైంది.

లీబిగ్ మరియు హైడ్రోజన్

1838లో, జస్టస్ వాన్ లీబిగ్ (Justus von Liebig) ఒక కొత్త ఆలోచనను ముందుకు తెచ్చారు. ఆమ్లం అంటే హైడ్రోజన్ (hydrogen) కలిగిన పదార్థం అని ఆయన చెప్పారు. ఒక ఆమ్లం లోహంతో చర్య జరిపినప్పుడు, ఆ లోహం హైడ్రోజన్ స్థానాన్ని ఆక్రమిస్తుందని ఆయన గమనించారు. చాలా కాలం వరకు ఆమ్లాలను అర్థం చేసుకోవడానికి ఇది ఒక మంచి పద్ధతిగా నిలిచింది.^[4]

అర్హీనియస్ సిద్ధాంతం

స్వాంటే అర్హీనియస్ (Svante Arrhenius) ఆమ్లాలు మరియు క్షారాలపై చేసిన పరిశోధనకు నోబెల్ బహుమతి పొందారు.

ఆమ్లాలు మరియు క్షారాల గురించి మొదటి ఆధునిక ఆలోచనను 1884లో స్వాంటే అర్హీనియస్ అందించారు. రసాయనాలు నీటిలో కరిగినప్పుడు ఎలా ప్రవర్తిస్తాయనే అంశంపై ఆయన దృష్టి పెట్టారు.^[5]

అర్హీనియస్ ఆమ్లం అంటే ఏమిటి?

అర్హీనియస్ ప్రకారం, నీటిలో హైడ్రోజన్ అయాన్లు (H⁺) విడుదల చేసే పదార్థాన్ని ఆమ్లం అంటారు. ఈ అయాన్లు నీటిలో ఉన్నప్పుడు, నీటి అణువులతో కలిసి హైడ్రోనియం (H₃O⁺) ను ఏర్పరుస్తాయి. ఇది నీటిని ఆమ్లత్వంగా మారుస్తుంది.

అర్హీనియస్ క్షారం అంటే ఏమిటి?

అర్హీనియస్ క్షారం అంటే నీటిలో హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్లను (OH^-) విడుదల చేసే పదార్థం. దీనివల్ల నీరు క్షారత్వంగా మారుతుంది.

తటస్థీకరణం (Neutralization)

ఒక అర్హీనియస్ ఆమ్లం మరియు క్షారం కలిసినప్పుడు, తటస్థీకరణం (neutralization) అనే ప్రక్రియ జరుగుతుంది. ఈ చర్య ఫలితంగా ఎప్పుడూ ఒక లవణం (salt) మరియు నీరు ఏర్పడతాయి. దీనివల్ల ఆమ్లం యొక్క పులుపు, క్షారం యొక్క చేదు లక్షణాలు పోయి తటస్థ పదార్థాలు తయారవుతాయి.

సాధారణ తటస్థీకరణ ఉదాహరణలు
ఆమ్లం	క్షారం	ఫలితం
హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం	సోడియం హైడ్రాక్సైడ్	లవణం మరియు నీరు
సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం	పొటాషియం హైడ్రాక్సైడ్	లవణం మరియు నీరు

దీనికి సంబంధించిన సాధారణ సమీకరణం ఇలా ఉంటుంది: \text{acid} + \text{base} \longrightarrow \text{salt} + \text{water}

ఉదాహరణకు, హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం (HCl) మరియు సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ (NaOH) కలిపినప్పుడు జరిగే చర్య: \ce{HCl + NaOH -> NaCl + H2O} ఇక్కడ NaCl అంటే మనం ఇంట్లో వాడే సాధారణ ఉప్పు.

బ్రాన్‌స్టెడ్–లౌరీ సిద్ధాంతం

1923లో, జోహన్నెస్ నికోలస్ బ్రాన్‌స్టెడ్ మరియు మార్టిన్ లౌరీ అనే ఇద్దరు శాస్త్రవేత్తలు ఒక మెరుగైన సిద్ధాంతాన్ని ప్రతిపాదించారు. రసాయనాలు నీటిలో లేకపోయినా ఈ సిద్ధాంతం పని చేస్తుంది. ఇది కేవలం ద్రావణాలకే పరిమితం కాకుండా వాయు స్థితిలో జరిగే చర్యలకు కూడా వర్తిస్తుంది.

ప్రోటాన్ల మార్పిడి

ఈ సిద్ధాంతం ప్రకారం, ఆమ్లం అంటే ఒక "ప్రోటాన్ దాత" (proton donor). అంటే ఇది ఒక ప్రోటాన్ (హైడ్రోజన్ అయాన్, H⁺) ను ఇస్తుంది. క్షారం అంటే "ప్రోటాన్ గ్రహీత" (proton acceptor). అంటే ఇది ప్రోటాన్ ను తీసుకుంటుంది.^[6]

సంయుగ్మ ఆమ్లాలు మరియు క్షారాలు (Conjugate Acids and Bases)

ఒక ఆమ్లం ప్రోటాన్ ను ఇచ్చిన తర్వాత, మిగిలిన భాగాన్ని సంయుగ్మ క్షారం (conjugate base) అని పిలుస్తారు. అలాగే, ఒక క్షారం ప్రోటాన్ ను తీసుకున్న తర్వాత, అది సంయుగ్మ ఆమ్లం (conjugate acid) గా మారుతుంది. ఇవి జంటలుగా పనిచేస్తాయి.

దీని సూత్రం ఇలా ఉంటుంది: {HA + B -> BH+ + A-}

ఇక్కడ:

HA అనేది ఆమ్లం.

B అనేది క్షారం.

BH+ అనేది కొత్తగా ఏర్పడిన సంయుగ్మ ఆమ్లం.

A- అనేది కొత్తగా ఏర్పడిన సంయుగ్మ క్షారం.

నీటి ద్విస్వభావం

ఈ సిద్ధాంతం నీరు ఆమ్లంగానూ మరియు క్షారంగానూ ఎలా ప్రవర్తించగలదో వివరిస్తుంది. దీనిని ద్విస్వభావం (amphoterism) అంటారు. ఒక గ్లాసు నీటిలో, కొన్ని అణువులు ఆమ్లాలుగా మారి ప్రోటాన్లను ఇస్తాయి, మరికొన్ని క్షారాలుగా మారి ప్రోటాన్లను తీసుకుంటాయి:

లూయిస్ సిద్ధాంతం

గిల్బర్ట్ ఎన్. లూయిస్ ఆమ్లాలు మరియు క్షారాలకు సంబంధించి అత్యంత విస్తృతమైన సిద్ధాంతాన్ని రూపొందించారు. ఆయన హైడ్రోజన్ లేదా ప్రోటాన్ల గురించి పట్టించుకోలేదు. దానికి బదులుగా, ఆయన ఎలక్ట్రాన్ జంట (electron pair) లపై దృష్టి పెట్టారు.

లూయిస్ ఆమ్లం (Lewis acid) అంటే ఎలక్ట్రాన్ జంటను స్వీకరించగలిగే పదార్థం.

లూయిస్ క్షారం (Lewis base) అంటే ఎలక్ట్రాన్ జంటను దానం చేయగలిగే పదార్థం.

ఈ సిద్ధాంతం చాలా ముఖ్యం ఎందుకంటే హైడ్రోజన్ లేని రసాయనాలను కూడా ఇది వివరించగలదు. ఉదాహరణకు, బోరాన్ ట్రైఫ్లోరైడ్ (BF₃) లో హైడ్రోజన్ లేకపోయినా, అది ఎలక్ట్రాన్లను కోరుకుంటుంది కాబట్టి అది ఒక లూయిస్ ఆమ్లం.

ఇతర ప్రత్యేక నిర్వచనాలు

కొన్ని ప్రత్యేక పరిస్థితులలో ఆమ్లాలు మరియు క్షారాల గురించి చర్చించడానికి శాస్త్రవేత్తలు మరికొన్ని పద్ధతులను ఉపయోగిస్తారు.

సాల్వెంట్ సిస్టమ్ నిర్వచనం

ఈ పద్ధతి ద్రావణి (solvent - కరిగించుకునే ద్రవం) పై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఏదైనా ద్రవంలో, కొన్ని అణువులు సహజంగా ధన మరియు రుణ అయాన్లుగా విడిపోతాయి. ధన అయాన్ల సంఖ్యను పెంచేది ఆమ్లం, రుణ అయాన్ల సంఖ్యను పెంచేది క్షారం. ద్రవ అమ్మోనియా వంటి పదార్థాలతో పనిచేసే శాస్త్రవేత్తలకు ఇది ఉపయోగపడుతుంది.

లక్స్–ఫ్లడ్ నిర్వచనం

ఈ సిద్ధాంతాన్ని భూగర్భ శాస్త్రం (భూరసాయన శాస్త్రం) లేదా కరిగిన లవణాలను అధ్యయనం చేసేవారు ఉపయోగిస్తారు. దీని ప్రకారం, ఆక్సైడ్ అయాన్ (O^2-) ను తీసుకునేది ఆమ్లం మరియు ఇచ్చేది క్షారం.

ఉసనోవిచ్ నిర్వచనం

ఇది అన్నింటికంటే అతి పెద్ద నిర్వచనం. ఎలక్ట్రాన్లు లేదా అయాన్లు ఒకచోటు నుండి మరోచోటుకు కదిలే దాదాపు ప్రతి చర్యను ఇది ఆమ్ల-క్షార చర్యగా పరిగణిస్తుంది. ఇది రెడాక్స్ (redox) చర్యలను కూడా తనలో కలుపుకుంటుంది.

ఆమ్ల-క్షారాల బలం

అన్ని ఆమ్లాలు మరియు క్షారాలు ఒకేలా ఉండవు. కొన్ని చాలా బలంగా ఉండి చర్మాన్ని కాల్చగలవు, మరికొన్ని చాలా బలహీనంగా ఉండి ఆహారంలో వాడేంత సురక్షితంగా ఉంటాయి (ఉదాహరణకు వినేగర్ లేదా నిమ్మరసం).

HSAB సిద్ధాంతం

1963లో, రాల్ఫ్ పియర్సన్ (Ralph Pearson) HSAB సిద్ధాంతం ను ప్రతిపాదించారు. దీని అర్థం "కఠిన మరియు మృదువైన ఆమ్లాలు మరియు క్షారాలు" (Hard and Soft Acids and Bases).

కఠిన (Hard) పదార్థాలు పరిమాణంలో చిన్నవిగా ఉండి, ఎక్కువ విద్యుత్ ఆవేశాన్ని కలిగి ఉంటాయి.

మృదువైన (Soft) పదార్థాలు పరిమాణంలో పెద్దవిగా ఉండి, తక్కువ విద్యుత్ ఆవేశాన్ని కలిగి ఉంటాయి.

సాధారణంగా కఠిన ఆమ్లాలు కఠిన క్షారాలతో చర్య జరపడానికి ఇష్టపడతాయి. అలాగే మృదువైనవి మృదువైన వాటితో కలుస్తాయి. ఒక చర్య ఎంత సులభంగా జరుగుతుందో చెప్పడానికి ఇది రసాయన శాస్త్రవేత్తలకు సహాయపడుతుంది.^[7]

ఆమ్ల-క్షార సమతాస్థితి (Equilibrium)

బలమైన ఆమ్లం మరియు బలమైన క్షారం కలిసినప్పుడు, అవి పూర్తిగా చర్య జరుపుతాయి. కానీ బలహీనమైన ఆమ్లాలు మరియు క్షారాలు కలిసినప్పుడు, అవి సమతాస్థితికి చేరుకుంటాయి. అంటే చర్య అటు ఇటు జరుగుతూనే ఉంటుంది. దీనివల్ల ఒక బఫర్ ద్రావణం (buffer solution) ఏర్పడుతుంది. ఈ ద్రావణం తన pH స్థాయి మారకుండా అడ్డుకుంటుంది. ఇది మన రక్తంలో చాలా ముఖ్యం. మన రక్తం ఒక నిర్దిష్ట ఆమ్లత్వ స్థాయిలో ఉంటేనే మనం జీవించగలము.

బేకింగ్ పౌడర్: ఒక నిత్యజీవిత ఉదాహరణ

మనం వంటగదిలో బేకింగ్ పౌడర్ వాడినప్పుడు ఈ ఆమ్ల-క్షార చర్యను చూడవచ్చు. బేకింగ్ పౌడర్ లో సోడియం బైకార్బొనేట్ (వంట సోడా) అనే క్షారం మరియు ఒక ఘన రూపంలో ఉండే ఆమ్లం ఉంటాయి.

మీరు ఈ పొడికి నీరు లేదా పాలు కలిపినప్పుడు, ఆమ్లం మరియు క్షారం చర్య జరుపుతాయి. ఈ చర్య వల్ల కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ వాయువు బుడగలు వస్తాయి. ఈ బుడగలు పిండిలో చిక్కుకుపోయి, కేక్ లేదా బ్రెడ్ పొంగేలా (మెత్తగా అయ్యేలా) చేస్తాయి.

సాధారణ ఆమ్లాలు - క్షారాల జాబితా

ప్రయోగశాలలో లేదా ఇంట్లో కనిపించే కొన్ని రసాయనాల జాబితా ఇక్కడ ఉంది:

రకం	పేరు	సాధారణ ఉపయోగాలు
బలమైన ఆమ్లం	హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం	లోహాలను శుభ్రం చేయడానికి, కడుపులోని జీర్ణరసం
బలమైన ఆమ్లం	సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం	కార్ బ్యాటరీలు
బలహీన ఆమ్లం	ఎసిటిక్ ఆమ్లం	వినేగర్
బలహీన ఆమ్లం	సిట్రిక్ ఆమ్లం	నిమ్మకాయలు, నారింజ పండ్లు
బలమైన క్షారం	సోడియం హైడ్రాక్సైడ్	డ్రైన్ క్లీనర్, సబ్బుల తయారీ
బలహీన క్షారం	అమ్మోనియా	కిటికీలు తుడిచే ద్రవాలు
బలహీన క్షారం	సోడియం బైకార్బొనేట్	వంట సోడా, కేకుల తయారీ

నియమాల సారాంశం

ఈ చర్యలను అర్థం చేసుకోవడానికి ఈ క్రింది అంశాలను గుర్తుంచుకోండి:

ఆమ్లాలు సాధారణంగా పుల్లగా ఉంటాయి; క్షారాలు సాధారణంగా చేదుగా ఉంటాయి మరియు తాకితే జారుడుగా (slippery) అనిపిస్తాయి.

ఆమ్లాలు మరియు క్షారాలు ఒకదానికొకటి వ్యతిరేకం, అవి కలిసినప్పుడు ఒకదాని ప్రభావాన్ని మరొకటి రద్దు చేస్తాయి (తటస్థీకరణం).

వీటి మధ్య ఎప్పుడూ ఏదో ఒకటి మార్పిడి జరుగుతుంది, అది ప్రోటాన్ కావచ్చు లేదా ఎలక్ట్రాన్ కావచ్చు.

ఏ రకమైన రసాయనాలను అధ్యయనం చేస్తున్నామనే దానిపై ఆధారపడి శాస్త్రవేత్తలు వేర్వేరు సిద్ధాంతాలను వాడతారు.

ఇవి కూడా చూడండి

గమనికలు

మూలాలు

↑ Miessler, G.L.; Tarr, D.A. (1991). Inorganic Chemistry. Prentice-Hall.
↑ Paik, Seoung-Hey (2015). "Understanding the Relationship Among Arrhenius, Brønsted–Lowry, and Lewis Theories". Journal of Chemical Education.
↑ Jensen, William B. (2006). "The origin of the term "base"". The Journal of Chemical Education.
↑ Miessler, G.L.; Tarr, D.A. (1991). Inorganic Chemistry.
↑ Miessler G.L. and Tarr D.A. Inorganic Chemistry (2nd ed., Prentice-Hall 1999)
↑ Clayden, J. (2015). Organic Chemistry.
↑ Pearson, Ralph G. (1963). "Hard and Soft Acids and Bases". Journal of the American Chemical Society.

వనరులు

Clayden, Jonathan (2015). Organic Chemistry. Oxford University Press.

Meyers, R. (2003). The Basics of Chemistry. Greenwood Press.

Miessler, G.L.; Tarr, D.A. (1991). Inorganic Chemistry. Prentice-Hall.

Finston, H.L. (1983). A New View of Current Acid-Base Theories. John Wiley & Sons.

బయటి లింకులు

ఆమ్ల-క్షార శరీరధర్మ శాస్త్రం (Acid–base Physiology)

ఆమ్లాలు మరియు క్షారాల జీవశాస్త్రం

[lavoisier_1-1] Miessler, G.L.; Tarr, D.A. (1991). Inorganic Chemistry. Prentice-Hall.

[2] Paik, Seoung-Hey (2015). "Understanding the Relationship Among Arrhenius, Brønsted–Lowry, and Lewis Theories". Journal of Chemical Education.

[3] Jensen, William B. (2006). "The origin of the term "base"". The Journal of Chemical Education.

[liebig_1-4] Miessler, G.L.; Tarr, D.A. (1991). Inorganic Chemistry.

[miessler_154-5] Miessler G.L. and Tarr D.A. Inorganic Chemistry (2nd ed., Prentice-Hall 1999)

[Clayden_1-6] Clayden, J. (2015). Organic Chemistry.

[pearson-7] Pearson, Ralph G. (1963). "Hard and Soft Acids and Bases". Journal of the American Chemical Society.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]