తటస్థీకరణం

రసాయన శాస్త్రంలో సమాన పరిమాణంలో ఆమ్లం, క్షారము లు కలిసే రసాయన చర్య. ఈ చర్యలో తటస్థీకరణ ఫలితంగా హైడ్రోజన్ లేదా హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్లు అధికంగా ఉండవు. తటస్థీకరణ ద్రావణ pH విలువ ఆమ్ల, క్షార బలాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అర్హీనియస్ సిద్ధాంతం ప్రకారం H⁺, OH^- అయాన్ల కలయిక వల్ల H₂O ఏర్పడటాన్ని తటస్థీకరణం అంటారు.

బలమైన ఆమ్లం-బలమైన క్షారంతో కలిసి తటస్థీకరణం చెందిచే టైట్రేషన్ యొక్క యానిమేషన్ (ఫినాప్తలీన్ ఉపయోగించి). సమతాస్థితి స్థానం ఎరుపు రంగులో గుర్తించబడింది

తటస్థీకరణ ఉష్ణం

ఒక మోల్ H⁺ అయాన్లు, ఒక మోల్ OH^- అయాన్లతో కలిసినప్పుడు విడుదలయ్యే ఉష్ణాన్ని తటస్థీకరణ ఉష్ణం అంటారు. దీని విలువ 13.7 కిలో కేలరీలు/మోల్.

తటస్థీకరణ చర్య

తటస్థీకరణం:
క్షారము ఆమ్లము కలిసిన
నీరము, లవణంబు వచ్చునుష్ణము తోడన్
జరిగిన విధము తటస్థీ
కరణంబను నామముగను ఖ్యాతిని పొందెన్.

- కె.వెంకటరమణ

ఒక ఆమ్లం, ఒక క్షారం కలిసి ఎల్లప్పుడు లవణం, నీటిని ఏర్పరుస్తాయి. దీనిని తటస్థీకరణ చర్య అంటారు.

ఆమ్లం + క్షారం (ఆల్కలీ) → లవణం + నీరు

${\ce {{\mathit {x}}H_{\mathit {y}}A{}+{\mathit {y}}B(OH)_{\mathit {x}}{}->B_{\mathit {y}}A_{\mathit {x}}{}+{\mathit {xy}}H2O}}$

ఉదాహరణ:

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం + సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ → సోడియం క్లోరైడ్ + నీరు

అర్హీనియస్ సిద్ధాంతం

నీరు మంచి ద్రావణి అని మనకందరికీ తెలుసు. అయితే నీరు చాలా పదార్ధాలను తనలో కరిగించుకుని, వాటిని స్వతంత్ర అయాన్లుగా మారుస్తుందని మొదటిసారిగా స్వీడన్ శాస్త్రవేత్త అర్హీనియస్ 1887లో ప్రతిపాదించాడు. పదార్ధాలు నీటిలో కరిగి జల ద్రావణాలు ఏర్పడతాయి. అర్హీనియస్ సిద్ధాంతం ప్రకారం జల ద్రావణంలో హైడ్రోజన్ అయాన్లను ఇచ్చేవి ఆమ్లాలు. హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్లను ఇచ్చేవి క్షారాలు.

ఉదాహరణలు

HCl (ఆమ్లం) → H⁺ + Cl^- : NaOH (క్షారం) → Na⁺ + OH^-

బలమైన ఆమ్లాలు, బలమైన క్షారాలు

జలద్రావణంలో పూర్తిగా అయనీకరణం చెందే ఆమ్లాన్ని బలమైన ఆమ్లం అంటారు. ఉదా: హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం.

HCl(జ.ద్రా) → H⁺(జ.ద్రా) + Cl⁻(జ.ద్రా)

జలద్రావనంలో పూర్తిగా అయనీకరణం చెందే క్షారాన్ని బలమైన క్షారం అంటారు. ఉదా: సోడియం హైడ్రాక్సైడ్

NaOH(జ.ద్రా) → Na⁺(జ.ద్రా) + OH⁻(జ.ద్రా)

అందువలన బలమైన ఆమ్లంతో బలమైన క్షారం కలిసినపుడు జరిగిన తటస్థీకరణ చర్యని క్రిందివిధంగా రాయవచ్చు.

H⁺ + OH⁻ → H₂O

ఉదాహరణకు హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం తో సోడియంహైడ్రాక్సైడ్ చర్య జరిపినపుడు సోడియం ( Na⁺ ), క్లోరిన్ (Cl⁻)అయాన్లకు రసాయన చర్యలో భాగముండదు. ఇది బ్రామ్‌స్టెడ్=లారీ నిర్వచనం ప్రకారం ప్రకారం జరుగుతుంది. ఎందుకంటే వాస్తవంగా హైడ్రోజన్ అయాన్లు హైడోనియం అయాన్లుగా వ్యవస్థీకరించబడతాయి. అందువలన తటస్థీకరణ చర్యను ఈ క్రింది విధంగా రాయవచ్చు.

H₃O⁺ + OH⁻ → H₂O + H₂O

బలమైన ఆమ్లంతో బలమైన క్షారం తటస్థీకరణం చెందినపుడు అధికంగా హైడ్రోజన్ అయాన్లు ద్రావణంలో ఉండవు. ఈ ద్రావణాన్ని తటస్థ ద్రావణం అంటారు. ఇది క్షార లేదా ఆమ్ల స్వభావాన్ని కలిగి ఉండదు. దీని pH విలువ 7. కచ్చితమైన pH విలువ ద్రావణ ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

తటస్థీకరణ చర్య ఉష్ణమోచక చర్య. H⁺ + OH⁻ → H₂O చర్య యొక్క ఎంథ్రఫీ మార్పు −57.30 kJ/mol ఉంటుంది.

అనువర్తనాలు

రసాయన టైట్రేషన్ పద్ధతిని ఉపయోగించి తెలియని ఆమ్ల లేదా క్షారం యొక్క గాఢతను తెలుసుకొనడానికి ఉపయోగిస్తారు. తటస్థీకరణం జరిగే స్థానాన్ని పి.హెచ్ మీటరు లేదా పి.హెచ్ సూచికలను ఉపయోగించి దాని రంగు మార్పుల ద్వారా తెలుసుకుంటారు.

మురుగునీటి శుద్ధిలో, పర్యావరణానికి నష్టం కలిగించే వ్యర్థాలు విడుదలైనప్పుడు దానిని తగ్గించడానికి రసాయన తటస్థీకరణ పద్ధతులు తరచుగా వాడుతారు. పి.హెచ్ ను నియంత్రించడానికి కాల్షియం కార్బొనేట్, కాల్షియం ఆక్సైడ్, మెగ్నీషియం హైడ్రాక్సైడ్, సోడియం బైకార్బొనేట్ వంటి రసాయన పదార్థాలను ఉపయోగిస్తారు. సంబంధిత వ్యర్థాల పి.హెచ్ ను నియంత్రించడానికి తటస్థీకరణం కోసం కావలసిన రసాయన పదార్థాన్ని ఎంచుకుంటారు.

ఆమ్ల-క్షార రసాయన చర్యలలో తటస్థీకరణ చర్యలకు అనేక ఉపయోగాలున్నాయి. సాధారణమైన ఉపయోగం అంటాసిడ్ టాబ్లెట్లు. మానవ శరీరంలో అధికంగా ఉత్పత్తి అయిన గ్యాస్ట్రిక్ ఆమ్లాన్ని తటస్థీకరణ చేయడానికి అంటాసిడ్ టాబ్లెట్లు ఉపయోగిస్తారు. అందులో ఆమ్లాన్ని తటస్థీకరించడానికి కావలసిన క్షారాలు ఉంటాయి. సోడియం బైకార్బొనేట్(NaHCO₃) కూడా అజీర్తిని ఉపశమనం కలిగించేందుకు ఉపయోగిస్తారు. ప్రయోగశాలలలో ఆమ్లాలతో జరిగే గాయాలను ఉపశమనం కలిగించేందుకు సోడియం బైకార్బొనేట్ ను సాధారణంగా ఉపయోగిస్తారు.

మరొక సాధారణ ఉపయోగం, బహుశా విస్తృతంగా తెలియకపోయినా, ఎరువులు, నేల pH నియంత్రణలో ఉంది. తడి సున్నం (కాల్షియం హైడ్రాక్సైడ్) లేదా సున్నపురాయి (కాల్షియం కార్బోనేట్) మొక్కల పెరుగుదలకు ఆటంకం కలిగించే ఆమ్ల స్వభావ మట్టిని తటస్థీకరణం చెందించేందుకు ఉపయోగిస్తారు. అమ్మోనియా వాయువు (NH₃)తో సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం (H₂SO₄) లేదా నైట్రిక్ ఆమ్లం (HNO3) తటస్థీకరించి, అమ్మోనియం సల్ఫేట్ లేదా అమ్మోనియం నైట్రేట్‌ను తయారు చేయడం ద్వారా మొక్కల పెరుగుదలను మెరుగుపరిచే ఎరువులు తయారు చేస్తారు. ఇవి ఎరువులలో ఉపయోగించే లవణాలు.