Hvordan defineres Brønsted og Lowry Acid-Base teorien?

Et stoff som er i stand til å donere et proton er en syre, mens det som mottar det protonet er en base. Denne svært generelle definisjonen av syrer og baser ble brakt av kjemikerne J.N. Brønsted og T.M. Lowry i 1923, basert på overføringskonseptet til H⁺ i en syre-base-reaksjon.

Arrhenius definerte protoner H⁺ som isolerte arter, selv om det i dag er kjent at de i løsning har høy tiltrekning med vannmolekyler og danner hydroniumioner (\({H_3}{O^ + }\)). Basert på disse to konseptene utforsker vi en kjent syre-base-reaksjon:

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

I dette tilfellet er eddiksyre den som donerer et surt hydrogen mens vann fungerer som en base og tar det donerte protonet. I sin tur dannes det to nye ioniske arter, som er syrene og de konjugerte basene til syrene og basene de kom fra. I dette tilfellet er arten \({C_2}{H_3}{O_2}^ – \) den konjugerte basen til eddiksyre mens \({H_3}{O^ + }\) er den konjugerte syren til vann. Derfor er det konjugerte syre-base-paret bare forskjellig i nærvær av et surt hydrogen, og dessuten er forutsetningen om at hver syre har sin konjugerte base og omvendt oppfylt.

La oss nå se på følgende reaksjon:

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

I dette tilfellet har vi et konjugert syre-base-par som er henholdsvis vann og hydroksylion, og en base, ammoniakk, med dets konjugerte par, arten med syrekarakteren \(N{H_4}^ + \).

Nå lurer du kanskje på, hvordan er det at vann fungerer som både en syre og en base? Den evnen er kjent som amfoterisme. Det vil si at et stoff som kan virke på begge måter avhengig av hvem det kombineres med, er et amfotert stoff.

Akkurat som vi definerer konjugerte par, har de en særegen egenskap: jo mer sur styrke syren i paret har, jo lavere er basisstyrken. vil ha sin konjugerte base, og det er analogt med tilfellet med basene, jo større grunnstyrke basen har, vil dets konjugerte par redusere styrken til syre. De vil lure på hvilken kraft vi snakker om?

Vel, når en syre er sterk, snakker vi om en art som er i stand til fullstendig å donere surt hydrogen, overføre alle protonene til vann og dissosiere fullstendig. Ellers blir svake syrer delvis ionisert i vandig løsning, dette innebærer at en del av syren vil bli funnet som dissosierte arter og en del vil beholde sin struktur. La oss se på følgende typiske eksempler:

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

Dette er en sterk syre, siden den dissosieres fullstendig, og på samme måte oppstår med natriumhydroksid, som er en sterk base:

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

Hvis vi utforsker reaksjonen av eddiksyre i vandig løsning, merker vi at det er en likevekt mellom artene, siden dissosiasjonen ikke er fullstendig, og derfor er det en termodynamisk surhetskonstant som styrer prosessen, som uttrykkes som en funksjon av aktivitetene til arter; imidlertid, i fortynnede løsninger, kan det estimeres gjennom de molare konsentrasjonene:

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

Mens vi for svake baser kan beskrive i hvilken grad nevnte base ioniserer hvis vi snakker om dens termodynamiske basisitetskonstant, er det slik tilfellet med ammoniakk:

\(Kb = \frac{{\venstre[ {N{H_4}^ + } \right]\venstre[ {O{H^ – }} \right]}}{{\venstre[ {N{H_3}} \ Ikke sant]}}\)

Disse konstantene er tabellert ved referansetemperaturer, mens det også er en bibliografi som indikerer nivået av surhetsgrad eller basicitet til visse forbindelser.

Til slutt vil vi referere til autoionisering av vann, som vi allerede har sett, vann har både en base og en konjugert syre, og er i stand til å beskrive dette fenomenet i sin ioniseringsreaksjon:

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

Vi kunne definere denne prosessen som vi gjorde tidligere gjennom konstanten involvert, som ville være:

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

Ved å ty til en matematisk ordning kan vi uttrykke det ioniske produktet av vann som følgende konstant:

\(Kw = \venstre[ {{H_3}{O^ + }} \høyre]\venstre[ {O{H^ – }} \høyre]\)

hvis verdi ved 25ºC er konstant og er: 1×10-14, noe som innebærer at hvis løsningen er nøytral, det vil si lik mengde syre enn base, vil hver av konsentrasjonene av de ioniske artene være: 1×10-7 mol/L.