Brønsted 및 Lowry 산-염기 이론은 어떻게 정의됩니까?

양성자를 줄 수 있는 물질은 산이고 양성자를 받는 물질은 염기입니다. 산과 염기에 대한 이 매우 일반적인 정의는 화학자 J.N. 브뢴스테드와 T.M. 1923년 로리, H의 트랜스퍼 컨셉을 바탕으로⁺ 산-염기 반응에서.

Arrhenius 정의 양성자 H⁺ 오늘날에는 용액에서 물 분자와 높은 인력을 갖고 하이드로늄 이온(\({H_3}{O^ + }\))을 형성하는 것으로 알려져 있지만 분리된 종입니다. 이 두 가지 개념을 기반으로 알려진 산-염기 반응을 탐구합니다.

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

이 경우 아세트산은 산성 수소를 제공하는 반면 물은 제공되는 양성자를 취하여 염기로 작용합니다. 차례로 두 개의 새로운 이온 종이 형성되는데, 이들은 산과 산과 염기의 짝염기입니다. 이 경우 \({C_2}{H_3}{O_2}^ – \) 종은 아세트산의 짝염기이고 \({H_3}{O^ + }\)는 물의 짝산입니다. 따라서 짝산-염기 쌍은 산성 수소가 존재할 때만 다르며, 더 나아가 모든 산에는 짝염기가 있고 그 반대도 성립한다는 전제가 충족됩니다.

이제 다음 반응을 검토해 보겠습니다.

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

이 경우, 각각 물과 하이드록실 이온인 짝산-염기 쌍과 짝쌍 쌍인 염기인 암모니아가 있습니다.

이제 물이 어떻게 산과 염기로 작용하는지 궁금할 것입니다. 그 능력은 양쪽 성으로 알려져 있습니다. 즉, 누구와 결합하느냐에 따라 양방향으로 작용할 수 있는 물질이 양성 물질이다.

우리가 켤레 쌍을 정의하는 것처럼, 그들은 독특한 특성을 가지고 있습니다: 쌍의 산이 더 강한 산성 강도를 가질수록 염기성 강도는 낮아집니다. 짝염기(conjugate base)를 가질 것이고, 염기의 경우와 유사하게, 염기가 가진 염기도의 세기가 클수록, 그 짝쌍은 세기를 감소시킬 것입니다. 산. 그들은 우리가 말하는 힘이 무엇인지 궁금해 할 것입니다.

그렇다면 산이 강할 때 우리는 산성 수소를 완전히 기증할 수 있는 종에 대해 이야기하고 모든 양성자를 물로 옮기고 완전히 해리합니다. 그렇지 않으면 약산은 수용액에서 부분적으로 이온화되며 이는 산의 일부가 해리된 종으로 발견되고 일부는 그 구조를 유지함을 의미합니다. 다음과 같은 일반적인 예를 살펴보겠습니다.

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

이것은 완전히 해리되기 때문에 강산이며 강염기인 수산화나트륨에서도 유사하게 발생합니다.

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

수용액에서 아세트산의 반응을 탐구하면 해리가 일어나지 않기 때문에 종 사이에 평형이 있음을 알 수 있습니다. 완전하고 따라서 프로세스를 지배하는 열역학적 산도 상수가 있으며 이는 다음의 활동의 함수로 표현됩니다. 종; 그러나 묽은 용액에서는 몰 농도를 통해 추정할 수 있습니다.

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

약한 염기의 경우 염기도의 열역학적 상수에 대해 이야기하면 해당 염기가 이온화되는 정도를 설명할 수 있지만 암모니아의 경우는 다음과 같습니다.

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

이러한 상수는 기준 온도에서 표로 작성되며 특정 화합물의 산도 또는 염기도 수준을 나타내는 참고 문헌도 있습니다.

마지막으로 물의 자동 이온화에 대해 언급할 것입니다. 이미 살펴본 것처럼 물은 염기와 짝산을 모두 가지고 있으며 이온화 반응에서 이 현상을 설명할 수 있습니다.

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

관련된 상수를 통해 이전에 했던 것처럼 이 프로세스를 정의할 수 있습니다.

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

수학적 배열에 의지하여 물의 이온 곱을 다음 상수로 표현할 수 있습니다.

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

25ºC에서의 값은 일정하며 다음과 같습니다. 1×10-14 염기보다 산의 양이 더 많은 경우 이온 종의 각 농도는 1×10-7 mol/L입니다.