ブレンステッドとローリーの酸塩基理論はどのように定義されていますか?

プロトンを与えることができる物質は酸であり、そのプロトンを受け取る物質は塩基です。 酸と塩基のこの非常に一般的な定義は、化学者 J.N. Brønsted と T.M. 1923年のロウリー、Hのトランスファーコンセプトに基づく⁺ 酸塩基反応で。

アレニウス定義の陽子 H⁺ 孤立した種として、今日では溶液中で水分子と強い引力を持ち、ヒドロニウムイオン (\({H_3}{O^ + }\)) を形成していることが知られています。 これら 2 つの概念に基づいて、既知の酸塩基反応を調べます。

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

この場合、酢酸は酸性水素を供与するものであり、水は塩基として作用し、供与されたプロトンを取ります. 次に、2つの新しいイオン種が形成されます。これらは、酸と、それらが由来する酸と塩基の共役塩基です。 この場合、種 \({C_2}{H_3}{O_2}^ – \) は酢酸の共役塩基であり、\({H_3}{O^ + }\) は水の共役酸です。 したがって、共役酸塩基対は、酸性水素の存在下でのみ異なり、さらに、すべての酸がその共役塩基を持ち、その逆も成り立つという前提が満たされます。

次の反応を見てみましょう。

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

この場合、それぞれ水とヒドロキシルイオンである共役酸-塩基対と、塩基であるアンモニアと、その共役対である酸の種 \(N{H_4}^ + \) があります。

では、水が酸と塩基の両方の働きをするのはどうしてだろうかと思うかもしれません。 その能力は、両性愛として知られています。 つまり、誰と組み合わせるかによって、両方の働きをする物質が両性物質です。

共役対を定義するのと同じように、それらには独特の特徴があります。対の酸の酸性強度が高いほど、塩基強度は低くなります。 はその共役塩基を持ち、塩基の場合と同様に、塩基の塩基性の強度が大きいほど、その共役対はその強度を低下させます 酸。 彼らは、私たちが話しているのは何の力なのか疑問に思うでしょう。

では、酸が強い場合、酸性水素を完全に供与し、そのすべてのプロトンを水に移動させ、完全に解離できる種について話している. それ以外の場合、弱酸は水溶液中で部分的にイオン化されます。これは、酸の一部が解離種として検出され、一部がその構造を保持することを意味します。 次の典型的な例を見てみましょう。

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

これは完全に解離するため強酸であり、強塩基である水酸化ナトリウムでも同様に発生します。

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

水溶液中の酢酸の反応を調べると、解離が起こらないため、種間に平衡があることに注意してください。 完全であり、したがって、プロセスを支配する熱力学的酸性度定数があります。これは、の活動の関数として表されます。 種族; ただし、希釈溶液では、モル濃度から推定できます。

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

弱塩基の場合、塩基性の熱力学的定数について話すと、その塩基がイオン化する程度を説明できますが、アンモニアの場合は次のようになります。

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

これらの定数は参照温度で表にされていますが、特定の化合物の酸性度または塩基度のレベルを示す文献目録もあります。

最後に、水の自動イオン化について説明します。すでに見たように、水には塩基と共役酸の両方があり、イオン化反応でこの現象を説明できます。

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

このプロセスは、関連する定数を介して以前に行ったように定義できます。これは次のようになります。

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

数学的配置に頼って、水のイオン積を次の定数として表すことができます。

\(Kw = \left[ {{H_3}{O^ + }} \right]\left[ {O{H^ – }} \right]\)

25ºC での値は一定で、1×10-14 です。これは、溶液が中性である場合、つまり等しいことを意味します。 塩基よりも酸の量が多い場合、各イオン種の濃度は 1×10-7 mol/L になります。