המדען סוואנטה ארניוס הציע לראשונה כי חומצות יתנתקו במים ויצרו יונים. לדבריו, חומצות היו חומרים שכללו יון מימן. מומס במים, יון המימן, H+, נותן לתמיסה את המאפיינים של חומצה. ארניוס פיתח גם הגדרה מקבילה לבסיס. כאשר הם מומסים במים, בסיסים מייצרים יוני הידרוקסיד, OH-, שנותנים לפתרון את המאפיינים של בסיס.
הגדרות ארניוס מכסות רבות מהחומצות והבסיסים הנפוצים ביותר והתגובות הכימיות שלהן, אך ישנם חומרים אחרים בעלי מאפיינים של חומצות אך אינם תואמים את ארנהיוס הַגדָרָה. הגדרות רחבות יותר של חומצות יכולות לכלול כמה מחומרים אלה.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
חומצה Arrhenius היא חומר שכאשר הוא מומס במים, הוא מתנתק ליונים, כולל יונים מימן. על פי ארניוס ניתן להגדיר חומצה כחומר המגביר את ריכוז יוני המימן במים. ההגדרה המקבילה לבסיסים היא חומר המגדיל את ריכוז יוני ההידרוקסיד. הגדרות ה- Arrhenius מוגבלות לחומרים הנמסים במים ואילו הגדרות רחבות יותר יכולות לכלול חומרים רבים יותר בין חומצות ובסיסים.
המאפיינים של חומצה ארהניוס
היסטורית, חומצות תוארו כחמצמצות ומאכלות, אך מעט היה ידוע על הבסיס למאפיינים אלה. בשנת 1884 הציע סוואנטה ארניוס כי תרכובות כמו NaCl או מלח שולחן יצרו חלקיקים טעונים הנקראים יונים כאשר הם מומסים במים. בשנת 1887 פיתח ארניוס תיאוריה שהובילה אותו להציע כי חומצות מיוננות במים כדי לייצר יוני מימן. יוני המימן העניקו לחומצות את מאפייניהם.
מאפיין חשוב של חומצות הוא שהם מגיבים עם מתכות ליצירת מלח וגז מימן. על פי הגדרת Arrhenius של חומצה, ברור שהחומצה מתמוססת במים ליוני מימן ושאר היונים השליליים מהחומצה. המתכת משתלבת עם היונים השליליים, ומשאירה את יוני המימן ואת האלקטרונים הנוספים ליצירת גז מימן.
חומצות מגיבות גם עם בסיסים ליצירת מלח ומים. על פי הגדרת ארניוס, בסיסים מייצרים יונים של הידרוקסיד בתמיסה. כתוצאה מכך, בתגובת חומצה-בסיס, יוני המימן מהחומצה משתלבים עם יוני ההידרוקסיד מהבסיס ליצירת מולקולות מים. היונים השליליים מהחומצה משתלבים עם היונים החיוביים מהבסיס ליצירת מלח.
דוגמאות לתגובות חומצה Arrhenius
כאשר חומצה Arrhenius טיפוסית כגון חומצה הידרוכלורית מגיבה עם מתכת או בסיס, ההגדרות Arrhenius מקלות על מעקב אחר התגובות. לדוגמא, חומצה הידרוכלורית, HCl, מגיבה עם אבץ, Zn, ליצירת אבץ כלורי וגז מימן. יוני Cl השליליים משתלבים עם אטומי האבץ ויוצרים את ה- ZnCl2 מולקולות ויוצרים אלקטרונים נוספים. האלקטרונים משתלבים עם יוני המימן מהחומצה והופכים לגז מימן. הנוסחה הכימית היא Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2.
כאשר חומצה הידרוכלורית משולבת עם בסיס כגון נתרן הידרוקסיד, NaOH, הבסיס מתנתק ליונים של נתרן והידרוקסיד. יוני המימן מחומצה הידרוכלורית משתלבים עם יוני ההידרוקסיד מהנתרן הידרוקסיד ויוצרים מים. יוני הנתרן משתלבים עם יוני הכלור ליצירת מלח NaCl או שולחן. הנוסחה הכימית היא HCl + NaOH = NaCl + H2או
הגדרות רחבות יותר של חומצות
ההגדרה של ארניוס של חומצות היא צרה במובן זה שהיא חלה רק על חומרים שמתמוססים במים ורק על אלה שיש להם יוני מימן. הגדרה רחבה יותר מגדירה חומצות כחומרים המגבירים את ריכוז יוני המימן כשהם מומסים במים.
הגדרות רחבות יותר כמו ההגדרות לואיס או ברונסטד-לורי מתארות חומצות כמקבלות אלקטרונים או כתורמות פרוטונים. הם כוללים חומרים המציגים את מאפייני החומצות אך אינם תואמים את ההגדרה המסורתית. לעומת זאת, לתגובות כימיה נפוצות הגדרות Arrhenius מהוות בסיס טוב להסבר כיצד פועלות התגובות.