Ako je definovaná Brønstedova a Lowryho acidobázická teória?

Látka, ktorá je schopná darovať protón, je kyselina, zatiaľ čo látka, ktorá tento protón prijíma, je zásada. Túto veľmi všeobecnú definíciu kyselín a zásad priniesli chemici J.N. Bronsted a T.M. Lowry v roku 1923, na základe koncepcie transferu H⁺ v acidobázickej reakcii.

Arrhenius definované protóny H⁺ ako izolované druhy, aj keď je dnes známe, že v roztoku majú vysokú príťažlivosť k molekulám vody a vytvárajú hydróniové ióny (\({H_3}{O^ + }\)). Na základe týchto dvoch konceptov skúmame známu acidobázickú reakciu:

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

V tomto prípade je kyselina octová tá, ktorá daruje kyslý vodík, zatiaľ čo voda pôsobí ako zásada a odoberá darovaný protón. Na druhej strane sa vytvárajú dva nové iónové druhy, ktorými sú kyseliny a konjugované zásady kyselín a zásad, z ktorých pochádzajú. V tomto prípade je druh \({C_2}{H_3}{O_2}^ – \) konjugovanou zásadou kyseliny octovej, zatiaľ čo \({H_3}{O^ + }\) je konjugovanou kyselinou vody. Preto sa konjugovaný pár kyselina-báza líši len v prítomnosti kyslého vodíka a navyše je splnený predpoklad, že každá kyselina má svoju konjugovanú zásadu a naopak.

Teraz sa pozrime na nasledujúcu reakciu:

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

V tomto prípade máme konjugovaný pár kyselina-báza, ktorým je voda a hydroxylový ión, a zásadu, amoniak, s jeho konjugovaným párom, druh kyslého charakteru \(N{H_4}^ + \).

Teraz sa možno čudujete, ako to, že voda pôsobí ako kyselina aj zásada? Táto schopnosť je známa ako amfoterizmus. To znamená, že látka, ktorá môže pôsobiť oboma spôsobmi v závislosti od toho, s kým je kombinovaná, je amfotérna látka.

Rovnako ako definujeme konjugované páry, majú zvláštnu charakteristiku: čím kyslejšia má kyselina v páre, tým nižšia je zásaditá sila. bude mať svoju konjugovanú bázu a je to analogické ako v prípade báz, čím väčšiu silu zásaditosti báza má, tým jej konjugovaný pár zníži silu bázy. kyselina. Budú sa čudovať, o akej sile hovoríme?

Nuž, keď je kyselina silná, hovoríme o druhu, ktorý je schopný úplne darovať kyslý vodík, preniesť všetky svoje protóny do vody a úplne disociovať. V opačnom prípade sú slabé kyseliny čiastočne ionizované vo vodnom roztoku, čo znamená, že časť kyseliny sa bude nachádzať ako disociované druhy a časť si zachová svoju štruktúru. Pozrime sa na nasledujúce typické príklady:

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

Je to silná kyselina, pretože sa úplne disociuje a podobne sa vyskytuje aj s hydroxidom sodným, ktorý je silnou zásadou:

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

Ak skúmame reakciu kyseliny octovej vo vodnom roztoku, všimneme si, že medzi druhmi existuje rovnováha, pretože disociácia nie je úplná, a preto existuje termodynamická konštanta kyslosti, ktorá riadi proces, ktorá je vyjadrená ako funkcia aktivít druhy; v zriedených roztokoch však možno odhadnúť pomocou molárnych koncentrácií:

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

Zatiaľ čo v prípade slabých zásad môžeme opísať mieru, do akej sa uvedená zásada ionizuje, ak hovoríme o jej termodynamickej konštante zásaditosti, tak je to v prípade amoniaku:

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

Tieto konštanty sú uvedené v tabuľke pri referenčných teplotách, pričom existuje aj bibliografia, ktorá uvádza úroveň kyslosti alebo zásaditosti určitých zlúčenín.

Nakoniec sa budeme odvolávať na autoionizáciu vody, ako sme už videli, voda má zásadu aj konjugovanú kyselinu, pričom je možné tento jav opísať vo svojej ionizačnej reakcii:

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

Tento proces by sme mohli definovať tak, ako sme to urobili predtým, prostredníctvom zahrnutej konštanty, ktorá by bola:

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

Pri použití matematického usporiadania by sme mohli vyjadriť iónový produkt vody ako nasledujúcu konštantu:

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

ktorých hodnota pri 25ºC je konštantná a je: 1×10-14, čo znamená, že ak je roztok neutrálny, to znamená, že sa rovná množstvo kyseliny ako zásady, každá z koncentrácií iónových látok bude: 1 x 10-7 mol/l.