उभयधर्मी

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

इस प्रकार की उभयधर्मी स्पसीज उभयधर्मी अणु हैं, जो या तब प्रोटॉन का अवक्षेपण या [[प्रोटोन|प्रोटोनेशन (H⁺)]] कर सकती हैं। ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल-क्षार सिद्धांत में एम्फोटेरिक का यही अर्थ है। उदाहरण के लिए एमिनो अम्ल और प्रोटीन अपने अमाइन (−NH₂) के कारण एम्फ़िप्रोटिक अणु और कार्बोज़ाइलिक एसीड (−COOH) समूह हैं। जल जैसे स्व-आयनीकरणीय यौगिक भी उभयधर्मी होते हैं।

एम्फोलाइट्स एम्फोटेरिक अणु होते हैं, जिनमें अम्लीय और मूलभूत दोनों प्रकार के कार्यात्मक समूह होते हैं। उदाहरण के लिए अमीनो अम्ल H₂N−RCH−CO₂H दोनों का मूल समूह −NH₂ और अम्लीय समूह −COOH और रासायनिक संतुलन में अनेक संरचनाओं के रूप में उपस्थित है।

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

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

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

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

लगभग उदासीन जलीय विलयन (pH ≅ 7) में, मूल अमीनो समूह अधिकतर प्रोटोनेटेड होता है और कार्बोक्जिलिक अम्ल अधिकतर डिप्रोटोनेटेड होता है, जिससे प्रमुख स्पसीज जेडविट्टरियन H₃N⁺−RCH−COO⁻ हो। 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 स्थिर pH ग्रेडिएंट स्थापित करने के लिए किया जाता है।

धातु ऑक्साइड जो अम्ल और क्षार दोनों के साथ अभिक्रिया करके लवण और जल का निर्माण करते हैं, उभयधर्मी ऑक्साइड कहलाते हैं। अनेक धातुएँ (जैसे जस्ता, टिन , सीसा, एल्युमीनियम और फीरोज़ा ) एम्फोटेरिक ऑक्साइड या हाइड्रॉक्साइड का निर्माण करते हैं। एल्यूमिनियम ऑक्साइड (Al₂O₃) एम्फोटेरिक ऑक्साइड का उदाहरण है। उभयचरवाद ऑक्साइड की ऑक्सीकरण अवस्था पर निर्भर करता है। एम्फोटेरिक ऑक्साइड में लेड(II) ऑक्साइड और ज़िंक ऑक्साइड सहित अनेक अन्य सम्मिलित हैं।^[2]

व्युत्पत्ति

एम्फोटेरिक ग्रीक शब्द एम्फोटेरोई (ἀμφότεροι) से लिया गया है, जिसका अर्थ "दोनों" है। अम्ल-क्षार रसायन विज्ञान में संबंधित शब्द एम्फीक्रोमैटिक और एम्फीक्रोइक हैं, दोनों पीएच संकेतक जैसे पदार्थों का वर्णन करते हैं। अम्ल-क्षार संकेतक जो अम्ल के साथ प्रतिक्रिया पर रंग प्रदान करते हैं और क्षार के साथ प्रतिक्रिया पर दूसरा रंग देते हैं।^[3]

उभयधर्मी अणु

अम्ल और क्षार के ब्रोंस्टेड-लोरी सिद्धांत के अनुसार, अम्ल प्रोटॉन प्रदान करता हैं और क्षार प्रोटॉन ग्रहण करता हैं।^[4] एम्फ़िप्रोटिक अणु (या आयन) या तब प्रोटॉन प्रदान कर सकता है या ग्रहण कर सकता है, इस प्रकार या तब अम्ल या बेस (रसायन विज्ञान) के रूप में कार्य कर सकता है। जल, अमीनो अम्ल, हाइड्रोजनकार्बोनेट आयन (या बाइकार्बोनेट आयन) HCO−3, डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट आयन H₂PO−4, और हाइड्रोजनसल्फेट आयन (या बाइसल्फेट आयन) HSO−4 उभयचर स्पिसीज के सामान्य उदाहरण हैं। चूँकि वह प्रोटॉन प्रदान कर सकते हैं, सभी उभयधर्मी पदार्थों में एक हाइड्रोजन परमाणु होता है। इसके अतिरिक्त चूंकि वे अम्ल या क्षार के समान कार्य कर सकते हैं, इसलिए वे उभयधर्मी हैं।

उदाहरण

जलीय विलयन में जल का अणु उभयधर्मी होता है। यह हाइड्रोनियम आयन H₃O⁺ बनाने के लिए या तब प्रोटॉन प्राप्त कर सकता है, या फिर हाइड्राक्साइड आयन OH⁻ बनाने के लिए प्रोटॉन को त्योग देते हैं।^[5]

अन्य संभावना यह है कि जल के दो अणुओं के मध्य आणविक स्व-आयनीकरण प्रतिक्रिया है, जिसमें जल का एक अणु अम्ल के रूप में और दूसरा क्षार 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:

अम्ल के रूप में, प्रोटॉन त्यागना :

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

क्षार के रूप में, प्रोटॉन को ग्रहण करना:

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

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

अकार्बनिक पॉलीप्रोटिक अम्ल के अन्य उदाहरणों में सल्फ्यूरिक अम्ल, फॉस्फोरिक अम्ल और हाइड्रोजन सल्फाइड के आयन सम्मिलित हैं। जिन्होंने अधिक प्रोटॉन को त्याग दिए हैं। कार्बनिक रसायन विज्ञान और जैव रसायन में, महत्वपूर्ण उदाहरणों में अमीनो अम्ल और साइट्रिक अम्ल के व्युत्पन्न सम्मिलित हैं।

चूंकि उभयचर स्पिसीज को उभयधर्मी होना चाहिए, किन्तु इसका विपरीत सत्य नहीं है। उदाहरण के लिए, जिंक ऑक्साइड ZnO जैसे धातु ऑक्साइड में कोई हाइड्रोजन नहीं होता है और इसलिए वह प्रोटॉन का त्याग नहीं कर सकता है। फिर भी यह हाइड्रॉक्साइड आयन क्षार के साथ प्रतिक्रिया करके अम्ल के रूप में कार्य कर सकता है:

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

यह प्रतिक्रिया ब्रोंस्टेड-लोरी अम्ल-क्षार सिद्धांत के अन्तर्गत वर्णित नहीं की गई है क्योंकि जिंक ऑक्साइड भी क्षार के रूप में कार्य कर सकता है:

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

,

इसे उभयचर के स्थान पर उभयधर्मी 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 रिएक्टीविटी का उपयोग विभिन्न धनायनों को विभाजित करने के लिए किया जा सकता है, उदाहरण के लिए जिंक (II), जो क्षार में घुल जाता है, मैंगनीज (II) से, जो क्षार में नहीं घुलता है।

लेड(II) ऑक्साइड (PbO):

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

एल्यूमिनियम 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)