آمفوتر چیست؟ — به زبان ساده

در شیمی، آمفوتر به مولکول یا یونی می‌گویند که هم به صورت اسید و هم به صورت باز وارد واکنش شود. بسیاری از فلزات همچون مس، روی، قلع، سرب، آلومینیوم و برلیوم،‌ اکسیدها یا هیدروکسیدهای آمفوتری را تشکیل می‌دهند. خاصیت آمفوتری به عدد اکسایش اکسید وابسته است. ترکیب $$Al_2O_3$$ را می‌توان نمونه‌ای از یک اکسید آمفوتر دانست.

مقدمه

واژه آمفوتر، از پیشوند یونانی «آمفی» (Amphi) به معنای «هردو» گرفته شده است. یک آمفوتر، ماده‌ای است که رفتاری هم به شکل اسید و هم به شکل باز داشته باشد. اسیدها، دهنده پروتون یا گیرنده الکترون و بازها پذیرنده پروتون هستند. این درحالیست که مواد آمفوتر، توانایی انجام هر دو عمل را دارند.

فیلم آموزش شیمی عمومی – جامع و با مفاهیم کلیدی در فرادرس

کلیک کنید

اکسیدهای فلزی که با اسیدها و بازها برای تولید آب و نمک وارد واکنش می‌شوند، به عنوان اکسید آمفوتری شناخته می‌شوند. از جمله اکسیدهای آمفوتری می‌توان به اکسید سرب و اکسید روی اشاره کرد.

مولکول‌های آمفوتر

مولکول‌های آمفوتر از جمله ذرات آمفوتری هستند که می‌توانند به صورت دهنده و پذیرنده پرتون $$H ^ +$$ عمل کنند. آمینواسیدها و پروتئین‌ها از جمله این مولکول‌ها هستند. در این مولکول‌ها، گروه‌های آمین و کربوکسیلیک اسید وجود دارند. علاوه بر این،‌ ترکیباتی مانند آب که به صورت خود‌به‌خودی یونیزه می‌شوند را نیز می‌توان آمفوتر دانست.

آمفولیت‌ها

«آمفولیت‌ها» (Ampholytes) مولکول‌های آمفوتر شامل گروه‌های اسیدی و بازی هستند و بیشتر به صورت «زویتریون» (Zwitterion) یا یون‌ دوقطبی در دامنه خاصی از pH حضور دارند. میزانی از pH که در آن بار متوسط مولکول به صورت خنثی باشد را نقطه ایزوالکتریک ماده می‌نامند. از آمفولیت‌ها در ایجاد یک گرادیان pH پایدار برای «متمرکزسازی ایزوالکتریک» (Isoelectric Focusing) استفاده می‌شود.

نقش پروتون در مواد آمفوتر

بر اساس نظریه اسید و باز لوری-برونستد، اسیدها دهنده پروتون و بازها پذیرنده آن هستند. همانطور که پیش‌تر نیز اشاره شد، یک مولکول یا یون آمفوتر می‌تواند در هر دو نقش دهنده و پذیرنده پروتون، ایفای نقش کند. در نتیجه، هم نوعی باز و هم نوعی اسید به شمار می‌آید. آب، آمینواسیدها، یون‌ هیدروژن کربنات (بی‌کربنات) و یون هیدروژن سولفات، نمونه‌هایی از ذرات آمفوتر هستند. از آن‌جایی که این مواد می‌توانند دهنده پروتون باشند، بنابراین، تمامی مواد آمفوتر، در ترکیب خود حداقل یک اتم هیدروژن دارند. البته در خصوص اکسیدهای فلزی، این شرط همیشه صدق نمی‌کند.

مثال‌هایی از مواد آمفوتر

از نمونه‌های مواد آمفوتری می‌توان به یون هیدروژن کربنات اشاره کرد که می‌تواند در نقش باز یا اسید عمل کند. واکنش‌های آن به ترتیب در زیر آورده شده‌اند:

$$\mathrm{HCO}_{3}^{-}+\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+} \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}$$

$$\mathrm{HCO}_{3}^{-}+\mathrm{OH}^{-} \rightarrow \mathrm{CO}_{3}^{2-}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}$$

همانطور که اشاره شد، آب، خاصیت آمفوتری دارد. زمانی که با اسیدی همچون هیدروکلریک اسید واکنش می‌دهد، در نقش باز ظاهر می‌شود:

$$H _ 2 O + H Cl \rightarrow H _ 3 O ^ + + Cl^ -$$

همچنین در واکنش با بازی همچون آمونیاک،‌ نقشی اسیدی دارد:

$$\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}+\mathrm{NH}_{3} \rightarrow \mathrm{NH}_{4}^{+}+\mathrm{OH}^{-}$$

اکسیدها و هیدروکسیدهای آمفوتری

در ادامه قصد داریم تا اکسیدها و هیدروکسیدهای آمفوتری و واکنش‌های آن‌ها را مورد بررسی قرار دهیم.

واکنش‌ اکسیدهای آمفوتری

اکسید روی با اسیدها و بازها واکنش می‌دهد که این واکنش‌ها به ترتیب در زیر آورده شده‌اند:

$$\begin{array}{l} {\mathrm{ZnO}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} \rightarrow \mathrm{ZnSO}_{4}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}} \\ {\mathrm{ZnO}+2 \mathrm{NaOH}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{Na}_{2}\left[\mathrm{Zn}(\mathrm{OH})_{4}\right]} \end{array}$$

از واکنش‌های بالا می‌توان در جداسازی کاتیون‌هایی مانند روی (II) و منگنز (II) استفاده کرد. واکنش اول، در باز انحلال‌پذیر است و دیگری در باز حل نمی‌شود.

واکنش‌های اکسید سرب، اکسید آلومینیوم و اکسید قلع (II) به ترتیب آورده شده‌ و واکنش این مواد آمفوتر به ترتیب در اسید و سپس باز فهرست شده‌اند:

$$PbO$$

$$\begin{aligned} &\mathrm{PbO}+2 \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{PbCl}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\\ &\mathrm{PbO}+2 \mathrm{NaOH}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{Na}_{2}\left[\mathrm{Pb}(\mathrm{OH})_{4}\right] \end{aligned}$$

$$AL _ 2 O _ 3$$

$$\begin{aligned} &\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3}+6 \mathrm{HCl} \rightarrow 2 \mathrm{AlCl}_{3}+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\\ &\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3}+2 \mathrm{NaOH}+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow 2 \mathrm{Nal}\left[\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_{4}\right] \end{aligned}$$

$$SnO$$

$$\begin{aligned} &\mathrm{SnO}+2 \mathrm{HCl} \rightleftharpoons \mathrm{SnCl}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\\ &\mathrm{SnO}+4 \mathrm{NaOH}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{Na}_{4}\left[\mathrm{Sn}(\mathrm{OH})_{6}\right] \end{aligned}$$

عناصر دیگری که اکسیدهای آمفوتری را تشکیل می‌دهند عبارتند از:

گالیم، ایندیم، اسکاندیم، تیتانیوم، زیرکونیوم (زرگون)، واندیم، کروم، آهن، کبالت، مس،‌ نقره، طلا، ژرمانیوم، آنتیموان، بیسموت و تلوریم.

واکنش هیدروکسیدهای آمفوتری

واکنش هیدروکسیدهای آمفوتری نیز همانند اکسیدهای آمفوتر در زیر فهرست شده‌اند:

$$Al (OH)_ 3$$

آلومینیوم هیدروکسید در واکنش‌های خنثی‌سازی اسید و باز به صورت زیر شرکت می‌کند:

$$\begin{aligned} &\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_{3}+3 \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{AlCl}_{3}+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\\ &\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_{3}+\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Na}\left[\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_{4}\right] \end{aligned}$$

$$Be (OH)_2$$

واکنش‌های برلیوم هیدروکسید در اسید و باز به صورت زیر است:

$$\begin{aligned} &\mathrm{Be}(\mathrm{OH})_{2}+2 \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{BeCl}_{2}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\\ &\mathrm{Be}(\mathrm{OH})_{2}+2 \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Na}_{2}\left[\mathrm{Be}(\mathrm{OH})_{4}\right] \end{aligned}$$

کاربردهای مواد آمفوتر

تا اینجا، مواد آمفوتری همچون اکسید روی، اکسید آلومینیوم و اکسید سرب را به همراه واکنش‌های آن مورد بررسی قرار دادیم. در ادامه، در خصوص کاربرد این مواد بحث خواهیم کرد.

فیلم آموزش شیمی عمومی ۱ و ۲ – مرور و حل مساله در فرادرس

کلیک کنید

اکسید روی را به عنوان ماده‌ای افزودنی در بسیاری از مواد و محصولات همچون پلاستیک‌، شیشه، سرامیک، سیمان، روان‌کننده‌ها، رنگ‌ها، چسب، باتری‌ها و ... بکار می‌برند.

از اکسید آلومینیوم، در تولید آلومینیوم بهره می‌گیرند. همچنین در کرم‌های ضد آفتاب و لوازم آرایشی و بهداشتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، این ماده به عنوان کاتالیزور در واکنش‌های آب‌گیری الکل‌ها کاربرد دارد.

اکسید سرب نیز به طور ویژه در ساخت شیشه بکار می‌رود. بسته به نوع شیشه، استفاده از اکسید سرب، خواص زیر را برای آن به همراه دارد:

• افزایش خاصیت انعکاس نور
• کاهش ویسکوزیته شیشه
• افزایش مقاومت الکتریکی
• افزایش میزان جذب اشعه ایکس

علاوه بر این، اضافه کردن اکسید سرب به سرامیک، موجب کاهش خاصیت مغناطیسی و الکتریکی آن می‌شود که به طور معمول، جهت افزایش «دمای کوری» (Curie Temperature) بکار گرفته می‌شود.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

• مجموعه آموزش‌های دروس شیمی
• مجموعه آموزش‌های مهندسی شیمی
• آموزش شیمی عمومی
• محلول بافر — از صفر تا صد
• واکنش اکسایش کاهش (ردوکس) — به زبان ساده

^^