Hvordan defineres Brønsted og Lowry Acid-Base teorien?

Et stof, der er i stand til at donere en proton, er en syre, mens den, der modtager den proton, er en base. Denne meget generelle definition af syrer og baser blev bragt af kemikerne J.N. Brønsted og T.M. Lowry i 1923, baseret på overførselskonceptet fra H⁺ i en syre-base reaktion.

Arrhenius definerede protoner H⁺ som isolerede arter, selvom det i dag er kendt, at de i opløsning har en høj tiltrækning med vandmolekyler og danner hydroniumioner (\({H_3}{O^ + }\)). Baseret på disse to koncepter udforsker vi en kendt syre-base reaktion:

\(H{C_2}{H_3}{O_2}_{\left( {ac} \right)} + {H_2}{O_{\left( l \right)}} \leftrightarrow {C_2}{H_3}{O_2 }{^ –{\left( {ac} \right)}} + \;{H_3}{O^ + }_{\left( {ac} \right)}\)

I dette tilfælde er eddikesyre den, der donerer en sur brint, mens vand fungerer som en base og tager den donerede proton. Til gengæld dannes der to nye ioniske arter, som er syrerne og de konjugerede baser af de syrer og baser, som de kom fra. I dette tilfælde er arten \({C_2}{H_3}{O_2}^ – \) den konjugerede base af eddikesyre, mens \({H_3}{O^ + }\) er den konjugerede syre af vand. Derfor adskiller det konjugerede syre-base-par sig kun ved tilstedeværelse af et surt hydrogen, og forudsætningen om, at hver syre har sin konjugerede base og omvendt, er desuden opfyldt.

Lad os nu gennemgå følgende reaktion:

\(N{H_3}_{\left( {ac} \right)} + {H_2}{O_{\left( l \right)}} \venstrepil N{H_4}{^ + {\left( {ac } \right)}} + \;O{H^ – }_{\left( {ac} \right)}\)

I dette tilfælde har vi et konjugeret syre-base-par, der er henholdsvis vand og hydroxylion, og en base, ammoniak, med dets konjugerede par, arten af ​​syrekarakteren \(N{H_4}^ + \).

Nu kan du undre dig over, hvordan det er, at vand fungerer som både en syre og en base? Den evne er kendt som amfoterisme. Det vil sige, at et stof, der kan virke på begge måder afhængigt af, hvem det kombineres med, er et amfotert stof.

Ligesom vi definerer konjugerede par, har de en ejendommelig karakteristik: Jo mere sur styrke syren i parret har, jo lavere er basisstyrken. vil have sin konjugerede base, og det er analogt med tilfældet med baserne, jo større grundstyrken basen har, vil dens konjugerede par mindske styrken af syre. De vil undre sig over, hvilken kraft vi taler om?

Nå, når en syre er stærk, taler vi om en art, der er i stand til fuldstændigt at donere surt brint, overføre alle sine protoner til vand og dissociere fuldstændigt. Ellers ioniseres svage syrer delvist i vandig opløsning, hvilket indebærer, at en del af syren vil blive fundet som dissocierede arter, og en del vil bevare sin struktur. Lad os se på følgende typiske eksempler:

\(HC{l_{\left( g \right)}} + {H_2}{O_{\left( l \right)}} \to C{l^ – }_{\left( {ac} \right) } + \;{H_3}{O^ + }_{\left( {ac} \right)}\)

Dette er en stærk syre, da den dissocierer fuldstændigt og på samme måde forekommer med natriumhydroxid, som er en stærk base:

\(NaO{H_{\left( s \right)}} \to N{a^ + }_{\left( {ac} \right)} + \;O{H^ – }_{\left( { ac} \right)}\)

Hvis vi undersøger reaktionen af ​​eddikesyre i vandig opløsning, bemærker vi, at der er en ligevægt mellem arterne, da dissociationen ikke er komplet, og derfor er der en termodynamisk surhedskonstant, der styrer processen, som udtrykkes som en funktion af aktiviteterne i arter; i fortyndede opløsninger kan det dog estimeres gennem de molære koncentrationer:

\(Ka = \frac{{\venstre[ {{C_2}{H_3}{O_2}^ – } \right]\venstre[ {{H_3}{O^ + }} \right]}}{{\venstre[ {H{C_2}{H_3}{O_2}} \right]}}\)

Mens vi for svage baser kan beskrive i hvilken grad den nævnte base ioniserer, hvis vi taler om dens termodynamiske basicitetskonstant, er det tilfældet med ammoniak:

\(Kb = \frac{{\venstre[ {N{H_4}^ + } \right]\venstre[ {O{H^ – }} \right]}}{{\venstre[ {N{H_3}} \ højre]}}\)

Disse konstanter er tabuleret ved referencetemperaturer, mens der også er en bibliografi, der angiver niveauet af surhedsgrad eller basicitet af visse forbindelser.

Til sidst vil vi referere til autoionisering af vand, som vi allerede har set, vand har både en base og en konjugeret syre, idet vi er i stand til at beskrive dette fænomen i dets ioniseringsreaktion:

\(2{H_2}{O_{\left( l \right)}} \leftrightarrow \) \(O{H^ – }_{\left( {ac} \right)} + {H_3}{O^ + }_{\left( {ac} \right)}\)

Vi kunne definere denne proces, som vi gjorde tidligere gennem den konstant involverede, som ville være:

\(Kc = \frac{{\venstre[ {{H_3}{O^ + }} \right]\venstre[ {O{H^ – }} \right]}}{{{{\venstre[ {{H_2 }O} \right]}^2}}}\)

Ved at ty til et matematisk arrangement kunne vi udtrykke det ioniske produkt af vand som følgende konstant:

\(Kw = \venstre[ {{H_3}{O^ + }} \højre]\venstre[ {O{H^ – }} \højre]\)

Hvis værdien ved 25ºC er konstant og er: 1×10-14, hvilket indebærer, at hvis opløsningen er neutral, dvs. mængde syre end base, vil hver af koncentrationerne af de ioniske arter være: 1×10-7 mol/L.