როგორ არის განსაზღვრული ბრონსტედი და ლოურის მჟავა-ფუძის თეორია?

ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია პროტონის შემოწირულობა, არის მჟავა, ხოლო ის, რომელიც იღებს ამ პროტონს, არის ფუძე. მჟავებისა და ფუძეების ეს ძალიან ზოგადი განმარტება მოიტანეს ქიმიკოსებმა J.N. ბრონსტედი და თ.მ. ლოური 1923 წელს, გადაცემის კონცეფციის საფუძველზე ჰ⁺ მჟავა-ტუტოვანი რეაქციაში.

არენიუსმა განსაზღვრა პროტონები H⁺ როგორც იზოლირებული სახეობები, თუმცა დღეს ცნობილია, რომ ხსნარში მათ აქვთ მაღალი მიზიდულობა წყლის მოლეკულებთან და წარმოქმნიან ჰიდრონიუმის იონებს (\({H_3}{O^ + }\)). ამ ორი კონცეფციის საფუძველზე ჩვენ ვიკვლევთ ცნობილ მჟავა-ტუტოვან რეაქციას:

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

ამ შემთხვევაში, ძმარმჟავა არის ის, რომელიც აძლევს მჟავე წყალბადს, ხოლო წყალი მოქმედებს როგორც ბაზა, იღებს შემოწირულ პროტონს. თავის მხრივ, წარმოიქმნება ორი ახალი იონური სახეობა, ეს არის მჟავები და იმ მჟავებისა და ფუძეების კონიუგირებული ფუძეები, საიდანაც ისინი წარმოიშვნენ. ამ შემთხვევაში, სახეობა \({C_2}{H_3}{O_2}^ – \) არის ძმარმჟავას კონიუგირებული ფუძე, ხოლო \({H_3}{O^ + }\) არის წყლის კონიუგატიური მჟავა. მაშასადამე, კონიუგირებული მჟავა-ტუტოვანი წყვილი განსხვავდება მხოლოდ მჟავე წყალბადის არსებობით და, უფრო მეტიც, სრულდება წინაპირობა, რომ ყველა მჟავას აქვს თავისი კონიუგირებული ფუძე და პირიქით.

ახლა გადავხედოთ შემდეგ რეაქციას:

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

ამ შემთხვევაში, გვაქვს კონიუგატი მჟავა-ტუტოვანი წყვილი, რომელიც არის შესაბამისად წყალი და ჰიდროქსილის იონი, და ფუძე, ამიაკი, თავისი კონიუგატული წყვილით, მჟავას ხასიათის სახეობა \(N{H_4}^ + \).

ახლა, შეიძლება გაგიკვირდეთ, როგორ ხდება, რომ წყალი მოქმედებს როგორც მჟავა, ასევე ფუძე? ეს უნარი ცნობილია როგორც ამფოტერიზმი. ანუ ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია ორივე გზით იმოქმედოს იმისდა მიხედვით, თუ ვისთან არის შერწყმული, არის ამფოტერული ნივთიერება.

ისევე, როგორც ჩვენ განვსაზღვრავთ კონიუგატ წყვილებს, მათ აქვთ თავისებური მახასიათებელი: რაც უფრო მჟავე ძალა აქვს წყვილში არსებულ მჟავას, მით უფრო დაბალია ძირითადი სიძლიერე. ექნება თავისი კონიუგირებული ფუძე და ეს ფუძეების შემთხვევის ანალოგია, რაც უფრო დიდია ფუძის სიძლიერე, მისი კონიუგირებული წყვილი შეამცირებს ფუძის სიმტკიცეს. მჟავა. გაინტერესებთ რა ძალაზეა საუბარი?

მაშინ, როდესაც მჟავა ძლიერია, ჩვენ ვსაუბრობთ სახეობაზე, რომელსაც შეუძლია მთლიანად აჩუქოს მჟავე წყალბადი, გადაიტანოს ყველა მისი პროტონი წყალში და მთლიანად დაიშალა. წინააღმდეგ შემთხვევაში, სუსტი მჟავები ნაწილობრივ იონიზირებულია წყალხსნარში, ეს ნიშნავს, რომ მჟავის ნაწილი აღმოჩნდება დისოცირებულ სახეობად და ნაწილი შეინარჩუნებს თავის სტრუქტურას. მოდით შევხედოთ შემდეგ ტიპურ მაგალითებს:

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

ეს არის ძლიერი მჟავა, რადგან ის მთლიანად იშლება და ანალოგიურად ხდება ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან, რომელიც ძლიერი ბაზაა:

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

თუ შევისწავლით ძმარმჟავას რეაქციას წყალხსნარში, აღვნიშნავთ, რომ სახეობებს შორის წონასწორობაა, რადგან დისოციაცია არ არის სრული და, მაშასადამე, არსებობს თერმოდინამიკური მჟავიანობის მუდმივი, რომელიც მართავს პროცესს, რომელიც გამოიხატება, როგორც ფუნქცია სახეობა; თუმცა, განზავებულ ხსნარებში, ის შეიძლება შეფასდეს მოლარული კონცენტრაციების მიხედვით:

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

მიუხედავად იმისა, რომ სუსტი ფუძეების შემთხვევაში, ჩვენ შეგვიძლია აღვწეროთ აღნიშნული ფუძის იონიზაციის ხარისხი, თუ ვსაუბრობთ მისი ბაზისურობის თერმოდინამიკურ მუდმივობაზე, ასეთია ამიაკის შემთხვევა:

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

ეს მუდმივები ჩამოთვლილია საცნობარო ტემპერატურაზე, ხოლო ასევე არსებობს ბიბლიოგრაფია, რომელიც მიუთითებს გარკვეული ნაერთების მჟავიანობის ან ფუძეობის დონეს.

და ბოლოს, ჩვენ მივმართავთ წყლის ავტოიონიზაციას, როგორც უკვე ვნახეთ, წყალს აქვს როგორც ფუძე, ასევე კონიუგატი მჟავა, რომელსაც შეუძლია აღწეროს ეს ფენომენი მის იონიზაციის რეაქციაში:

\(2{H_2}{O_{\მარცხნივ( l \მარჯვნივ)}} \მარცხნივ მარჯვენა ისარი \) \(O{H^ – }_{\left( {ac} \მარჯვნივ)} + {H_3}{O^ + }_{\ მარცხენა ( {ac} \მარჯვნივ)}\)

ჩვენ შეგვეძლო განვსაზღვროთ ეს პროცესი ისე, როგორც ადრე ვაკეთებდით მუდმივ ჩართულობით, რომელიც იქნება:

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

მათემატიკური განლაგების საფუძველზე შეგვიძლია გამოვხატოთ წყლის იონური პროდუქტი, როგორც შემდეგი მუდმივი:

\(Kw = \მარცხნივ[ {{H_3}{O^ + }} \მარჯვნივ]\მარცხნივ[ {O{H^ – }} \მარჯვნივ]\)

რომლის მნიშვნელობა 25ºC-ზე მუდმივია და არის: 1×10-14, რაც გულისხმობს, რომ თუ ხსნარი ნეიტრალურია, ანუ ტოლია მჟავის რაოდენობა, ვიდრე ფუძე, იონური სახეობის თითოეული კონცენტრაცია იქნება: 1×10-7 მოლ/ლ.