Miten Brønstedin ja Lowryn happo-emästeoria määritellään?

Aine, joka pystyy luovuttamaan protonin, on happo, kun taas protonin vastaanottava aine on emäs. Tämän hyvin yleisen happojen ja emästen määritelmän esittivät kemistit J.N. Brønsted ja T.M. Lowry vuonna 1923, perustuen siirtokonseptiin H⁺ happo-emäs-reaktiossa.

Arrhenius määritteli protonit H⁺ eristettyinä lajeina, vaikka nykyään tiedetään, että liuoksessa niillä on suuri vetovoima vesimolekyyleihin ja ne muodostavat hydroniumioneja (\({H_3}{O^ + }\)). Näiden kahden käsitteen perusteella tutkimme tunnettua happo-emäs-reaktiota:

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

Tässä tapauksessa etikkahappo on se, joka luovuttaa happaman vedyn, kun taas vesi toimii emäksenä ja ottaa luovutetun protonin. Muodostuu puolestaan ​​kaksi uutta ionista lajia, jotka ovat hapot ja niiden happojen ja emästen konjugaattiemäkset, joista ne ovat peräisin. Tässä tapauksessa laji \({C_2}{H_3}{O_2}^ – \) on etikkahapon konjugaattiemäs, kun taas \({H_3}{O^ + }\) on veden konjugaattihappo. Siksi konjugaattihappo-emäs-pari eroaa vain happaman vedyn läsnä ollessa ja lisäksi toteutuu oletus, että jokaisella hapolla on konjugaattiemäs ja päinvastoin.

Tarkastellaan nyt seuraavaa reaktiota:

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

Tässä tapauksessa meillä on konjugoitu happo-emäs-pari, joka on vastaavasti vesi ja hydroksyyli-ioni, ja emäs, ammoniakki, ja sen konjugaattipari, happoluonteinen laji \(N{H_4}^ + \).

Nyt saatat ihmetellä, kuinka vesi toimii sekä happona että emäksenä? Tämä kyky tunnetaan amfoterismina. Toisin sanoen aine, joka voi toimia molemmilla tavoilla riippuen siitä, kenen kanssa se on yhdistetty, on amfoteerinen aine.

Aivan kuten määrittelemme konjugaattiparit, niillä on erikoinen ominaisuus: mitä happamampi vahvuus parin hapolla on, sitä pienempi on emäksinen vahvuus. sillä on konjugaattiemäs, ja se on analoginen emästen tapauksen kanssa, mitä suurempi emäksisyysvahvuus emäksellä on, sen konjugaattipari vähentää emäksen vahvuutta. happoa. He ihmettelevät, mistä voimasta me puhumme?

No sitten, kun happo on vahva, puhumme lajista, joka pystyy luovuttamaan täysin hapanta vetyä, siirtämään kaikki protoninsa veteen ja dissosioitumaan täydellisesti. Muuten heikot hapot ionisoituvat osittain vesiliuoksessa, mikä tarkoittaa, että osa haposta löytyy dissosioituneina lajeina ja osa säilyttää rakenteensa. Katsotaanpa seuraavia tyypillisiä esimerkkejä:

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

Tämä on vahva happo, koska se dissosioituu täysin, ja samoin tapahtuu natriumhydroksidin kanssa, joka on vahva emäs:

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

Jos tutkimme etikkahapon reaktiota vesiliuoksessa, huomaamme, että lajien välillä on tasapaino, koska dissosiaatio ei ole täydellinen, ja siksi on olemassa termodynaaminen happamuusvakio, joka ohjaa prosessia, joka ilmaistaan ​​toiminnan funktiona lajit; laimeissa liuoksissa se voidaan kuitenkin arvioida moolipitoisuuksien avulla:

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

Vaikka heikkojen emästen tapauksessa voimme kuvata mainitun emäksen ionisoitumisastetta, jos puhumme sen termodynaamisesta emäksisyysvakiosta, niin ammoniakin tapaus on tällainen:

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

Nämä vakiot on taulukoitu vertailulämpötiloissa, kun taas on myös bibliografia, joka osoittaa tiettyjen yhdisteiden happamuuden tai emäksisyystason.

Lopuksi viitataan veden autoionisaatioon, kuten olemme jo nähneet, vedessä on sekä emäs että konjugaattihappo, joka pystyy kuvaamaan tämän ilmiön ionisaatioreaktiossa:

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

Voisimme määritellä tämän prosessin, kuten teimme aiemmin, jatkuvalla mukana, joka olisi:

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

Matemaattiseen järjestelyyn turvautumalla voisimme ilmaista veden ionitulon seuraavana vakiona:

\(Kw = \vasen[ {{H_3}{O^ + }} \oikea]\vasen[ {O{H^ – }} \oikea]\)

jonka arvo 25ºC: ssa on vakio ja on: 1×10-14, mikä tarkoittaa, että jos liuos on neutraali, eli yhtä suuri Hapon määrässä kuin emäksessä, kukin ionilajikonsentraatioista on: 1 × 10-7 mol/L.