Hur definieras Brønsted och Lowry Acid-Base teorin?

Ett ämne som kan donera en proton är en syra, medan den som tar emot den protonen är en bas. Denna mycket allmänna definition av syror och baser kom med av kemisterna J.N. Brønsted och T.M. Lowry 1923, baserat på överföringskonceptet av H⁺ i en syra-bas-reaktion.

Arrhenius definierade protonerna H⁺ som isolerade arter, även om det idag är känt att de i lösning har en hög attraktion med vattenmolekyler och bildar hydroniumjoner (\({H_3}{O^ + }\)). Baserat på dessa två koncept utforskar vi en känd syra-bas-reaktion:

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

I det här fallet är ättiksyra den som donerar ett surt väte medan vatten fungerar som en bas och tar den donerade protonen. I sin tur bildas två nya joniska arter, som är syrorna och de konjugerade baserna till de syror och baser som de kom ifrån. I det här fallet är arten \({C_2}{H_3}{O_2}^ – \) den konjugerade basen av ättiksyra medan \({H_3}{O^ + }\) är den konjugerade syran av vatten. Därför skiljer sig det konjugerade syra-basparet endast i närvaro av ett surt väte och dessutom är förutsättningen att varje syra har sin konjugerade bas och vice versa uppfylld.

Låt oss nu granska följande reaktion:

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

I det här fallet har vi ett konjugat syra-baspar som är vatten respektive hydroxyljon, och en bas, ammoniak, med dess konjugerade par, arten med syrakaraktären \(N{H_4}^ + \).

Nu kanske du undrar, hur kommer det sig att vatten fungerar som både en syra och en bas? Den förmågan är känd som amfoterism. Dvs ett ämne som kan verka på båda sätt beroende på vem det kombineras med är ett amfotärt ämne.

Precis som vi definierar konjugerade par har de en speciell egenskap: ju mer sur styrka syran i paret har, desto lägre grundstyrka. kommer att ha sin konjugerade bas, och det är analogt med fallet med baserna, ju större basitetsstyrkan basen har, kommer dess konjugerade par att minska styrkan av syra. De kommer att undra vilken kraft vi pratar om?

Jo då, när en syra är stark talar vi om en art som är kapabel att helt donera surt väte, överföra alla sina protoner till vatten och dissociera helt. Annars joniseras svaga syror delvis i vattenlösning, vilket innebär att en del av syran kommer att hittas som dissocierade arter och en del kommer att behålla sin struktur. Låt oss titta på följande typiska exempel:

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

Detta är en stark syra, eftersom den dissocierar fullständigt och på liknande sätt förekommer med natriumhydroxid, som är en stark bas:

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

Om vi ​​utforskar reaktionen av ättiksyra i vattenlösning, noterar vi att det finns en jämvikt mellan arterna, eftersom dissociationen inte är komplett och därför finns det en termodynamisk surhetskonstant som styr processen, vilket uttrycks som en funktion av aktiviteterna hos arter; i utspädda lösningar kan det dock uppskattas genom molkoncentrationerna:

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

Medan vi för fallet med svaga baser kan beskriva i vilken grad nämnda bas joniserar om vi talar om dess termodynamiska basicitetskonstant, så är det fallet med ammoniak:

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

Dessa konstanter är tabellerade vid referenstemperaturer samtidigt som det också finns en bibliografi som anger nivån av surhet eller basicitet för vissa föreningar.

Slutligen kommer vi att hänvisa till autojonisering av vatten, som vi redan har sett, vatten har både en bas och en konjugerad syra, för att kunna beskriva detta fenomen i sin joniseringsreaktion:

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

Vi skulle kunna definiera denna process som vi gjorde tidigare genom det konstanta involverade, vilket skulle vara:

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

Med hjälp av ett matematiskt arrangemang kan vi uttrycka den joniska produkten av vatten som följande konstant:

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

Vars värde vid 25ºC är konstant och är: 1×10-14, vilket innebär att om lösningen är neutral, det vill säga lika kvantitet syra än bas kommer var och en av koncentrationerna av jonarten att vara: 1×10-7 mol/L.