Протолитна теория на Бронстед-Лоури
Протолитично равновесие.
Често има реакции, включващи протони (солватирани водородни йони). Такива реакции често се наричат протолитични (неутрализация, хидролиза, солволиза). Тези реакции включват протон, частица, която приема протон, частица, която отдава протон. Протонът е протониран (солватиран) и е във формата:
Максимална якост с 1 водна молекула: DH1 = 900 kJ/mol;
Най-простата реакция на протолитично равновесие:
За да се разберат моделите на протолитичните взаимодействия, беше необходимо да се формулира концепцията за киселини и основи. Има до 10 теории за киселини и основи. Най-простата и първа беше теорията на Арениус. Според него киселини се наричат вещества, способни да ел. дисоциация (провеждане на реакции) за отделяне на водороден протон. Основите са вещества, способни да отделят хидроксилен йон по време на дисоциация (на определена реакция).
Тази теория за първи път направи възможно количественото определяне на силата на киселините и основите, като въведе концепцията за константа на киселинност и константа на основност.
Ka = ;
Kb =
Освен това, колкото по-големи са стойностите на Ka и Kb, толкова по-силна е киселината или основата.
Но теорията на Арениус има недостатъци, включително:
2) важи само за водни разтвори;
2) има голям брой бази, чиито молекули не съдържат ОН групата - (NH3, C5H5N), но те са силни основи във водни и неводни разтвори. Теорията на Арениус беше безсилна да обясни тези свойства, във връзка с които се появиха множество други теории за киселини и основи.
Auto Porto Lick
Факт е, че молекулите на много разтворители са способни на спонтанна йонизация. Автопоролизата е спонтанна йонизация на разтворител, докато се проявявакиселинни или основни свойства, което до голяма степен определя химичните свойства на разтвора.
Например автопротолиза на вода:
H3O + - хидроксониев катион, OH - - хидроксилен анион.
Kp = = 3,24 × 10 -18
защото 1000 g в 1 литър вода, тогава [Н2О] = 1000 g/l/18 g/mol = 55,55 mol/l, тогава
[H3O +] [OH -] \u003d 3,24 × 10 -18 × 55,55 2 \u003d 10 -14 Това е йонният продукт на водата KW.
Kp = = 1,86 × 10 -16
[H +] [OH -] \u003d 1,86 × 10 -16 × 55,55 = 10 -14
Много разтворители са обект на автопротолиза: всички алкохоли, карбоксилни киселини и др.
BS + BS ® B2S + + S – , B2S + - лиониев йон, S – - лиатен йон.
Cr =
Кр×[BS] 2 = [B2S + ][S - ] = КС е йонният продукт на разтворителя (разтворител).
Например метилов алкохол:
метаксониев йон метаксилов йон
Cr =
Плътността на алкохола е » 1,25
[CH3OH] = (1000×d)/M(CH3OH) = 800/32 = 25 mol/l
Така скалата на pH за метанола е:
7.8 - неутрална точка.
За етилов алкохол:
етаксониев йон етаксил йон
pH скала за етанол:
9,5 - неутрална точка.
Оцетна киселина (ледена):
ацетониев йон ацетатен йон
pH скала за оцетна киселина:
амониев йон амоксилов йон
В среди с различни протолитични разтворители са възможни поне 2 процеса:
Пример: вземете перхлорна киселина (много силна) като разтворител:
Факт е, че различните разтворители имат различни киселинни и основни свойства, което води до редица взаимодействия:
Например водата по отношение на алкохолите може да действа като основа:
Че. автопротолизата определя хода на много голям брой реакции; тя също така изисква по-строга дефиниция на понятията киселина и основа.
Теорията на Бронстед-Лоури за киселините и основите.
Според тази теория киселината е вещество, което отдава протон, а основата е вещество, което приема протон, с други думи, афинитетът към протона е малък за киселинната молекула и висок за основата.
към-това основа киселина основа
Една водна молекула (хидрониев катион) прие протон, другата (хидроксиден йон) го отдаде.
Заключение: въз основа на тази теория киселините и основите винаги са спрегнати една с друга, т.е. Киселина и основа винаги съществуват едновременно в киселинен разтвор. Едно и също вещество може да действа като киселина при определени условия и като основа при други.
Например във водата оцетната киселина е киселина:
киселина основа киселина основа
В най-силната перхлорна киселина тя е основа.
Неутралните молекули могат да действат като киселини:
Може да има анионни киселини: H2PO4 - "H + + HPO4 2-
Катионни киселини: NH4 + "NH3 + H +
Металните йони също могат да действат като киселина:
Че. металните катиони могат да отделят Н + йона от тяхната хидратна обвивка. В този случай киселинните свойства са толкова по-силни, колкото по-голям е специфичният заряд на йона, т.е. толкова по-голямо е отношението на заряда на йона към неговия радиус.
Въз основа на теорията на Bronsted-Lowry, едно и също съединение може да бъде едновременно киселина и основа. Съединения, които са способни да отдават и приемат протони, се наричат амфипротични M.b. неутрални молекули A1(OH)3 и йони..
Например за NaHCO3:
Kp = = 4,8 × 10 -11 = KA
Kp = = 2,2 × 10 -8 = Kb
Че. Kb >> KA, което означава, че основните свойства на бикарбонатния йон са много по-изразени, следователно реакция (2) ще протече предимно, а за разтвор на NaHCO3 pH> 7.
Помислете за съотношението на основните и киселинните свойства на конюгиранитекиселини и основи.
За оцетна киселина:
KA =
Kb =
KA × Kb \u003d \u003d [Н3О + ][OH - ]
Че. когато природата на разтворителя е постоянна, продуктът KA на някаква киселина и Kb на нейната спрегната основа е равен на йонния продукт на разтворителя.
1) Изчислете Kb на ацетатен йон във воден разтвор, ако константата на киселинността на киселината, конюгирана с този йон, е KA (CH3COOH) = 1,75 × 10 -5.
2) Киселинните константи на ортофосфорната киселина според етапите на електролитна дисоциация са равни, съответно, според записа: рКА I = 2,33; pKA II = 7.21; pKA III = 11.67. Изчислете константата на основност на базите, спрегнати с киселината на всеки етап.
Етап III: HPO4 2– «PO4 3– + H +
Че. тъй като нивото на ел се повишава. дисоциация, киселинните свойства намаляват, а основните свойства се увеличават.
В резултат на това има 4 константи за всеки разтворител: pKA и pKb на молекулярната форма, pKA на лиониевия йон и pKb на лиатния йон.
Например за метанол: