उभयधर्मी

रसायन विज्ञान में, एक उभयधर्मी रासायनिक यौगिक (from Greek amphi- 'both') एक अणु या आयन है जो अम्ल और क्षार (रसायन विज्ञान) दोनों के रूप में प्रतिक्रिया कर सकता है।^[1] वास्तव में इसका क्या मतलब हो सकता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि एसिड-बेस प्रतिक्रिया का उपयोग किया जा रहा है।

एक प्रकार की उभयचर प्रजातियाँ उभयचर अणु हैं, जो या तो एक प्रोटॉन का अवक्षेपण या प्रोटोनेशन कर सकती हैं (H⁺). ब्रोंस्टेड-लोरी एसिड-बेस सिद्धांत में एम्फोटेरिक का यही अर्थ है। उदाहरण के लिए, एमिनो एसिड और प्रोटीन अपने अमाइन के कारण एम्फ़िप्रोटिक अणु हैं (−NH₂) और कार्बोज़ाइलिक तेजाब (−COOH) समूह। आणविक स्व-आयनीकरण|पानी जैसे स्व-आयनीकरण योग्य यौगिक भी उभयचर हैं।

एम्फोलाइट्स एम्फोटेरिक अणु होते हैं जिनमें अम्लीय और बुनियादी दोनों प्रकार के कार्यात्मक समूह होते हैं। उदाहरण के लिए, एक अमीनो एसिड H₂N−RCH−CO₂H दोनों का एक मूल समूह है −NH₂ और एक अम्लीय समूह −COOH, और रासायनिक संतुलन में कई संरचनाओं के रूप में मौजूद है:

{\ce {H2N-RCH-CO2H + H2O}}

{\ce {<=> H2N-RCH-COO- + H3O+}}

{\ce {<=> H3N+-RCH-COOH + OH-}}

{\ce {<=> H3N+-RCH-COO- + H2O}}

लगभग तटस्थ जलीय घोल (पीएच ≅ 7) में, मूल अमीनो समूह अधिकतर प्रोटोनेटेड होता है और कार्बोक्जिलिक एसिड अधिकतर डिप्रोटोनेटेड होता है, ताकि प्रमुख प्रजाति zwitterion हो H₃N⁺−RCH−COO⁻. वह pH जिस पर औसत आवेश शून्य होता है, अणु के समविभव बिंदु के रूप में जाना जाता है। एम्फोलाइट्स का उपयोग आइसोइलेक्ट्रिक फोकसिंग में उपयोग के लिए एक स्थिर पीएच ग्रेडिएंट स्थापित करने के लिए किया जाता है।

धातु ऑक्साइड जो अम्ल और क्षार दोनों के साथ प्रतिक्रिया करके लवण और पानी बनाते हैं, उभयधर्मी ऑक्साइड कहलाते हैं। कई धातुएँ (जैसे जस्ता, विश्वास करना , सीसा, अल्युमीनियम और फीरोज़ा ) एम्फोटेरिक ऑक्साइड या हाइड्रॉक्साइड बनाती हैं। अल्यूमिनियम ऑक्साइड (Al₂O₃) एम्फोटेरिक ऑक्साइड का एक उदाहरण है। उभयचरवाद ऑक्साइड की ऑक्सीकरण अवस्था पर निर्भर करता है। एम्फोटेरिक ऑक्साइड में लेड (IIलेड(II) ऑक्साइड और ज़िंक ऑक्साइड सहित कई अन्य शामिल हैं।^[2]

व्युत्पत्ति

एम्फोटेरिक ग्रीक शब्द से लिया गया है amphoteroi (ἀμφότεροι) दोनों का मतलब है. एसिड-बेस रसायन विज्ञान में संबंधित शब्द एम्फीक्रोमैटिक और एम्फीक्रोइक हैं, दोनों पीएच संकेतक जैसे पदार्थों का वर्णन करते हैं। एसिड-बेस संकेतक जो एसिड के साथ प्रतिक्रिया पर एक रंग देते हैं और आधार के साथ प्रतिक्रिया पर दूसरा रंग देते हैं।^[3]

उभयचर अणु

ब्रोन्स्टेड-लोरी अम्ल-क्षार सिद्धांत|ब्रोन्स्टेड-लोरी अम्ल और क्षार सिद्धांत के अनुसार, अम्ल प्रोटॉन दाता हैं और क्षार प्रोटॉन स्वीकर्ता हैं।^[4] एक एम्फ़िप्रोटिक अणु (या आयन) या तो एक प्रोटॉन दान कर सकता है या स्वीकार कर सकता है, इस प्रकार या तो एसिड या बेस (रसायन विज्ञान) के रूप में कार्य कर सकता है। पानी, अमीनो एसिड, बिकारबोनिट आयन (या बाइकार्बोनेट आयन) HCO−3, डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट आयन H₂PO−4, और हाइड्रोजनसल्फेट आयन (या बाइसल्फेट आयन) HSO−4 उभयचर प्रजातियों के सामान्य उदाहरण हैं। चूँकि वे एक प्रोटॉन दान कर सकते हैं, सभी उभयचर पदार्थों में एक हाइड्रोजन परमाणु होता है। इसके अलावा, चूंकि वे अम्ल या क्षार की तरह कार्य कर सकते हैं, इसलिए वे उभयधर्मी हैं।

उदाहरण

जलीय घोल में जल का अणु उभयधर्मी होता है। यह हाइड्रोनियम आयन बनाने के लिए या तो एक प्रोटॉन प्राप्त कर सकता है H₃O⁺, या फिर हीड्राकसीड आयन बनाने के लिए एक प्रोटॉन खो दें OH⁻.^[5] एक अन्य संभावना दो पानी के अणुओं के बीच आणविक स्व-आयनीकरण प्रतिक्रिया है, जिसमें एक पानी का अणु एसिड के रूप में और दूसरा आधार के रूप में कार्य करता है।

{\ce {H2O + H2O <=> H3O+ + OH-}}

बाइकार्बोनेट आयन, HCO−3, उभयधर्मी है क्योंकि यह अम्ल या क्षार के रूप में कार्य कर सकता है:

एक एसिड के रूप में, एक प्रोटॉन खोना:

{\ce {HCO3- + OH- <=> CO3^2- + H2O}}

आधार के रूप में, एक प्रोटॉन को स्वीकार करते हुए:

{\ce {HCO3- + H+ <=> H2CO3}}

नोट: तनु जलीय घोल में हाइड्रोनियम आयन का निर्माण, H₃O⁺(aq), प्रभावी रूप से पूर्ण है, ताकि संतुलन के संबंध में प्रोटॉन के जलयोजन को नजरअंदाज किया जा सके।

अकार्बनिक पॉलीप्रोटिक एसिड के अन्य उदाहरणों में सल्फ्यूरिक एसिड, फॉस्फोरिक एसिड और हाइड्रोजन सल्फाइड के आयन शामिल हैं जिन्होंने एक या अधिक प्रोटॉन खो दिए हैं। कार्बनिक रसायन विज्ञान और जैव रसायन में, महत्वपूर्ण उदाहरणों में अमीनो एसिड और साइट्रिक एसिड के व्युत्पन्न शामिल हैं।

हालाँकि एक उभयचर प्रजाति को उभयचर होना चाहिए, लेकिन इसका विपरीत सत्य नहीं है। उदाहरण के लिए, जिंक ऑक्साइड, ZnO जैसे धातु ऑक्साइड में कोई हाइड्रोजन नहीं होता है और इसलिए वह प्रोटॉन दान नहीं कर सकता है। फिर भी, यह हाइड्रॉक्साइड आयन, एक आधार के साथ प्रतिक्रिया करके एसिड के रूप में कार्य कर सकता है:

{\ce {ZnO_{(s)}{}+ 2OH- + H2O -> Zn(OH)_{4(aq)}^2-}}

यह प्रतिक्रिया ब्रोंस्टेड-लोरी एसिड-बेस सिद्धांत द्वारा कवर नहीं की गई है। क्योंकि जिंक ऑक्साइड भी आधार के रूप में कार्य कर सकता है:

{\ce {ZnO_{(s)}{}+ 2H+ -> Zn^2+_{(aq)}{}+ H2O}}

,

इसे उभयचर के बजाय उभयचर के रूप में वर्गीकृत किया गया है।

ऑक्साइड

जिंक ऑक्साइड (ZnO) अम्ल और क्षार दोनों के साथ प्रतिक्रिया करता है:

${\ce {ZnO + {\overset {acid}{H2SO4}}-> ZnSO4 + H2O}}$
${\ce {ZnO + {\overset {base}{2 NaOH}}+ H2O -> Na2[Zn(OH)4]}}$

इस प्रतिक्रियाशीलता का उपयोग विभिन्न धनायनों को अलग करने के लिए किया जा सकता है, उदाहरण के लिए जिंक (II), जो आधार में घुल जाता है, मैंगनीज (II) से, जो आधार में नहीं घुलता है।

लेड(II) ऑक्साइड (PbO):

${\ce {PbO + {\overset {acid}{2 HCl}}-> PbCl2 + H2O}}$
${\ce {PbO + {\overset {base}{2 NaOH}}+ H2O -> Na2[Pb(OH)4]}}$

अल्यूमिनियम ऑक्साइड (Al₂O₃):

${\ce {Al2O3 + {\overset {acid}{6 HCl}}-> 2 AlCl3 + 3 H2O}}$
${\ce {Al2O3 + {\overset {base}{2 NaOH}}+ 3 H2O -> 2 Na[Al(OH)4]}}$ (हाइड्रेटेड सोडियम एलुमिनेट)