Επαμφοτερίζουσα χημική ένωση

Στη χημεία, επαμφοτερίζουσα ουσία είναι εκείνη που μπορεί να συμπεριφερθεί είτε ως οξύ είτε ως βάση.
Τα οξείδια και τα υδροξείδια πολλών μετάλλων (όπως ο ψευδάργυρος, ο κασσίτερος, ο μόλυβδος, το αργίλιο και το βηρύλλιο) και των περισσότερων μεταλλοειδών έχουν επαμφοτερίζοντα χαρακτήρα. Ως επαμφοτερίζοντα σώματα χαρακτηρίζονται επίσης και οι αμφολύτες (όπως π.χ. τα αμινοξέα) αλλά και τα αμφιπρωτικά μόρια (αυτά δηλαδή που μπορούν να αυτοϊονιστούν, όπως π.χ., το νερό και η αμμωνία), που μπορούν δηλαδή να δράσουν είτε ως δότες είτε ως δέκτες πρωτονίων.

Σύμφωνα με την άποψη του Arrhenius για τα οξέα και τις βάσεις, τα επαμφοτερίζοντα σώματα σε υδατικό διάλυμα παρέχουν τόσο κατιόντα υδρογόνου (Η⁺) όσο και ανιόντα υδροξυλίου (ΟΗ^-).

Σύμφωνα με τις απόψεις των Brønsted και Lowry, ως επαμφοτερίζουσες θεωρούνται οι ουσίες που συμπεριφέρονται τόσο σαν πρωτονιοδότες (οξέα) όσο και σαν πρωτονιοδέκτες (βάσεις) γι' αυτό και λέγονται και αμφιπρωτικές. Κατά την άποψη του Lewis επαμφοτερίζοντα είναι τα σώματα που μπορούν να συμπεριφερθούν είτε ως ηλεκτρονιοδέκτες (οξέα) είτε σαν ηλεκτρονιοδότες (βάσεις).

Επαμφοτερίζοντα οξείδια

Οξείδιο ψευδαργύρου

Οξείδιο μολύβδου

Τα πιο γνωστά επαμφοτερίζοντα οξείδια είναι: του αργιλίου (Al₂O₃), του ψευδαργύρου (ZnO), του μολύβδου (PbO), του κασσίτερου (SnO) και του πυριτίου (SiO₂). Όταν τα οξείδια αυτά αντιδρούν με το νερό σχηματίζουν επαμφοτερίζοντα υδροξείδια.

Συμπεριφέρονται:

• Ως βάσεις σε όξινο περιβάλλον εξουδετερώνοντας το οξύ π.χ.

Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O

ZnO + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂O

SiO₂ + 4HF → SiF₄ + H₂O

• Ως οξέα σε βασικό περιβάλλον εξουδετερώνοντας τη βάση π.χ.

Al₂O₃ + 2KOH → 2KAlO₂ + H₂Ο (KAlO₂ = μετα-αργιλικό κάλιο)

ZnO + 2KOH → K₂ZnO₂ + H₂O

PbO + Ca(OH)₂ → CaPbO₂ + H₂Ο (CaPbO₂ = μολυβδώδες ασβέστιο)

Επαμφοτερίζοντα υδροξείδια

Μπορούν να προκύψουν από τα αντίστοιχα οξείδια με επίδραση νερού:

Al₂O₃ + 3H₂Ο → 2Al(OH)₃
SnO + H₂Ο → Sn(OH)₂
ZnO + H₂Ο → Zn(OH)₂
PbO + H₂Ο → Pb(OH)₂

Τα υδροξείδια αυτά συμπεριφέρονται:

Υδροξείδιο αργιλίου

Υδροξείδιο ψευδαργύρου

• Ως βάσεις σε όξινο περιβάλλον εξουδετερώνοντας το οξύ π.χ.

Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O

Be(OH)₂ + H₂SO₄ → BeSO₄ + 2H₂O

Pb(OH)₂ + H₂S → PbS + 2H₂O

• Ως οξέα σε βασικό περιβάλλον εξουδετερώνοντας τη βάση. Σ' αυτή την περίπτωση βολεύει η αλλαγή στη συμβατική γραφή του υδροξειδίου για να μοιάζει με "οξύ" π.χ. το Al(OH)₃ μπορεί να γραφεί και ως H₃AlO₃. Έτσι θα είναι π.χ.:

H₃AlO₃ + 3NaOH → Na₃AlO₃ + 3H₂Ο (Η₃AlO₃ = αργιλικό οξύ)

H₂SnO₂ + 2KOH → K₂SnO₂ + 2H₂Ο (Η₂SnO₂ = κασσιτερώδες οξύ)

Σε υδατικό διάλυμα λοιπόν έχουμε τις εξής δράσεις:

(σαν αργιλικό οξύ) 3H⁺ + AlO₃^3- ⇄ Al(OH)₃ ⇄ Al³⁺ + 3OH^- (σαν υδροξείδιο του αργιλίου)
(σαν ψευδαργυρικό οξύ) 2H⁺ + ZnO₂^2- ⇄ Zn(OH)₂ ⇄ Zn²⁺ + 2OH^- (σαν υδροξείδιο του ψευδαργύρου)
(σαν κασσιτερώδες οξύ) 2H⁺ + SnO₂^2- ⇄ Sn(OH)₂ ⇄ Sn²⁺ + 2OH^- (σαν υδροξείδιο του κασσιτέρου)
(σαν μολυβδώδες οξύ) 2H⁺ + PbO₂^2- ⇄ Pb(OH)₂ ⇄ Pb²⁺ + 2OH^- (σαν υδροξείδιο του μολύβδου)

Εξήγηση της επαμφοτερίζουσας συμπεριφοράς

Ένα οξείδιο του γενικού τύπου ΣΟ , όταν διαλυθεί στο νερό δίνει την ένωση Σ(ΟΗ)₂: ΣΟ + Η₂Ο → Σ(ΟΗ)₂. Όταν το στοιχείο Σ είναι πολύ ηλεκτροθετικό, τότε το ηλεκτρονικό νέφος είναι μετατοπισμένο προς το υδρογόνο και ο δεσμός Ο-Η είναι ενισχυμένος, ενώ ο δεσμός Σ-Ο είναι εξασθενημένος. Έτσι στο νερό η ένωση, διίσταται κατά το σχήμα: Σ(ΟΗ)₂ → Σ²⁺ + 2ΟΗ^- και παρουσιάζει σαφώς βασικό χαρακτήρα.
Όταν όμως το στοιχείο Σ είναι ηλεκτραρνητικό, συμβαίνει το αντίθετο δηλ. το Σ έλκει προς τη μεριά του το νέφος ηλεκτρονίων, ο δεσμός Σ-Ο ενισχύεται και ο δεσμός Ο-Η αποδυναμώνεται οπότε έχουμε: Σ(ΟΗ)₂ → ΣΟ₂^2- + 2Η⁺, δηλ. το Η αποδίδεται ως πρωτόνιο οπότε η ένωση έχει σαφώς όξινο χαρακτήρα.
Όταν οι δεσμοί Σ-Ο και Ο-Η είναι εξίσου ισχυροί δηλ. το Σ έχει ενδιάμεση τιμή ηλεκτραρνητικότητας, τότε το οξείδιο ΣΟ σε όξινο περιβάλλον δίνει βάση και σε βασικό περιβάλλον δίνει οξύ.

Αμφιπρωτικά μόρια

Ένα αμφιπρωτικό μόριο ή ιόν μπορεί να συμπεριφερθεί και ως δότης (δηλ. ως οξύ) και ως δέκτης (δηλ. ως βάση) ενός πρωτονίου, σύμφωνα με τους ορισμός των Brønsted και Lowry για τα οξέα και τις βάσεις. Το νερό, τα αμινοξέα, το όξινο ανθρακικό ανιόν, το όξινο θειικό ανιόν κ.λ.π. είναι μερικά από τα πιο συνηθισμένα παραδείγματα αμφιπρωτικών μορίων ή ιόντων. Εφόσον οι αμφιπρωτικές ουσίες δρουν και ως οξέα, περιέχουν όλες άτομο υδρογόνου. Παραδείγματα:

• Το νερό όταν αντιδρά με υδροχλωρικό οξύ, δρα ως βάση: H₂Ο + HCl ⟶ H₃O⁺ + Cl^-, ενώ όταν αντιδρά με την αμμωνία, δρα ως οξύ: H₂Ο + ΝH₃ ⇄ NH₄⁺ + OH^-

• Το όξινο ανθρακικό ιόν (HCO₃^-) δημιουργείται όταν διαλυθεί στο νερό ένα άλας που το περιέχει π.χ. το όξινο ανθρακικό νάτριο : NaHCO₃ ⟶ Na⁺ + HCO₃^-. Το ανιόν μπορεί να δράσει και ως βάση: HCO₃^- + H₂Ο ⇄ H₂CO₃ + OH^- αλλά και ως οξύ : HCO₃^- + H₂Ο ⇄ CO₃^2- + H₃O⁺.

Πηγές

1. Morrison R. T., Boyd R. N. "Οργανική Χημεία" Τόμοι 1ος,2ος,3ος, Μετάφραση:Σακαρέλλος-Πηλίδης-Γεροθανάσης, Ιωάννινα 1991.
2. Μανουσάκης Γ.Ε. "Γενική και Ανόργανη Χημεία", Τόμοι 1ος και 2ος, Θεσσαλονίκη 1981.
3. Μανωλκίδης Κ., Μπέζας Κ. "Στοιχεία Ανόργανης Χημείας", Έκδοση 14η, Αθήνα 1984.
4. Μανωλκίδης Κ., Μπέζας Κ. "Χημικές Αντιδράσεις", Αθήνα 1976.
5. Γιαννακουδάκης Δ. Α. "Φυσική Χημεία Ομογενών και Ετερογενών Συστημάτων", Θεσσαλονίκη 1986.