הגדרה של תיאוריית ברונסטד ולורי וכוח חומצה-בסיסי

Arrhenius הגדיר את הפרוטונים H⁺ כמינים מבודדים, אם כי כיום ידוע כי ב פִּתָרוֹן יש להם גבוה מְשִׁיכָה עם המולקולות של מים ונמצאים יוצרים את יוני ההידרוניום (H₃אוֹ⁺). בהתבסס על מושגים אלה אנו ממחישים מתגובת חומצה-בסיס המתייחסת לחומץ, עם חומצה אצטית מדוללת במים:

ג₂ ח₃ אוֹ_2(ac)+ H₂ אוֹ_(ל) ↔ ג₂ ח₃ אוֹ₂^-_(ac)+ H₃ אוֹ⁺_(ac)

במקרה זה, חומצה אצטית היא זו שתורמת מימן חומצי בעוד מים פועלים כבסיס שלוקח את הפרוטון הנתרם. בתורם, נוצרים שני מינים יוניים חדשים, שהם החומצות והבסיסים המצומדים של החומצות והבסיסים מהם הם מגיעים. במקרה זה, ה מִין ג₂ ח₃ אוֹ₂^- הוא הבסיס המצומד של חומצה אצטית בעוד H₃ אוֹ⁺ זוהי החומצה המצומדת של מים. לכן, צמד החומצה-בסיס המצומד שונה רק בנוכחות מימן חומצי, ויתרה מכך, מתקיימת הנחת היסוד שלכל חומצה יש את הבסיס המצומד שלה ולהיפך.

כעת נסקור את התגובה הבאה:

NH_3(ac)+ H₂ אוֹ_(ל)↔NH₄⁺_(ac)+ הו^-_(ac)

במקרה זה, יש לנו זוג חומצה-בסיס מצומד שהוא מים ויון הידרוקסיל בהתאמה, ובסיס, אמוניה, עם הזוג המצומד שלו, המין החומצי NH₄⁺.

עכשיו, אתם עשויים לתהות איך זה שהמים פועלים גם כחומצה וגם כבסיס יְכוֹלֶת זה ידוע בשם אמפוטריות. זה חומר שיכול לפעול בשתי הדרכים תלוי עם מי הוא משולב הוא חומר אמפוטרי.

בדיוק כפי שאנו מגדירים זוגות מצומדים, יש להם מאפיין מיוחד: יותר כוח לחומצה יש את החומצה של הזוג, לכוח הבסיסי התחתון יהיה הבסיס המצומד שלו, והוא מקביל למקרה של הבסיסים, ככל שכוח הבסיסיות של הבסיס גדול יותר, הזוג המצומד שלו יקטין את הכוח של חוּמצָה. אתם עשויים לתהות, על איזה כוח אנחנו מדברים?

ובכן, כשחומצה חזקה אנחנו מדברים על מין שמסוגל לתרום לחלוטין מימן חומצי, להעביר את כל הפרוטונים שלו למים ולהתנתק לחלוטין. אחרת, אלו החומצות החלשות, המיוננות חלקית בתמיסה מימית, הדבר מרמז שחלק מהחומצה יימצא כמינים מפורקים וחלק ישמור על המבנה שלה. הבה נסתכל על הדוגמאות האופייניות הבאות:

HCl_(ז)+ H₂ אוֹ_(ל)→ Cl^-_(ac)+ H₃ אוֹ⁺_(ac)

זוהי חומצה חזקה, שכן היא מתנתקת לחלוטין, ומתרחשת באופן דומה עם נתרן הידרוקסיד, שהוא בסיס חזק:

NaOH_(ים)→ נא⁺_(ac)+ הו^-_(ac)

אם נזכור את התגובה של חומצה אצטית בתמיסה מימית, נציין שיש א איזון בין מינים, מאחר שהניתוק אינו שלם ולכן יש קבוע חומציות תֶרמוֹדִינָמִיקָה השולטת בתהליך, המתבטא במונחים של פעילות המין; עם זאת, בתמיסות מדוללות, ניתן להעריך זאת באמצעות הריכוזים המולאריים:

Ka = C₂ ח₃ אוֹ₂^-ח₃ אוֹ⁺/HC₂ ח₃ אוֹ₂

בעוד שבמקרה של בסיסים חלשים אנו יכולים לתאר את המידה שבה הבסיס האמור מיונן אם נדבר על קבוע הבסיסיות התרמודינמי שלו, כך הוא המקרה של אמוניה:

Kb = NH₄⁺אה^-/NH₃

קבועים אלה מוצגים בטמפרטורות ייחוס, בעוד שקיימת גם ביבליוגרפיה המציינת את רמת החומציות או הבסיסיות של תרכובות מסוימות.

לבסוף, נתייחס לאוטוניזציה של מים, כפי שכבר ראינו, למים יש גם בסיס וגם חומצה מצומדת, כשהם מסוגלים לתאר תופעה זו בתגובת היינון שלה:

2H₂ אוֹ_(ל)↔ הו^-_(ac)+ H₃ אוֹ⁺_(ac)

נוכל להגדיר את התהליך הזה כפי שעשינו בעבר באמצעות המעורבות הקבועה, שתהיה:

Kc = H₃ אוֹ⁺אה^-/ ח₂ אוֹ²

בעזרת סידור מתמטי נוכל לבטא את התוצר היוני של מים בתור הקבוע הבא:

Kw = H₃ אוֹ⁺אה^-

שהערך שלו ב-25ºC הוא קבוע והוא: 1x10-14, מה שמרמז שאם הפתרון הוא ניטרלי, כלומר שווה כמות חומצה זו של בסיס, כל אחד מהריכוזים של המינים היוניים יהיה: 1x10-7 מול / ל.

נושאים ב-Brønsted and Lowry Theory וכוח חומצה-בסיסי