ทฤษฎีกรด-เบสของBrønstedและ Lowry กำหนดไว้อย่างไร?

สารที่สามารถให้โปรตอนได้คือกรด ในขณะที่สารที่รับโปรตอนนั้นเป็นเบส คำจำกัดความทั่วไปของกรดและเบสนี้มาจากนักเคมี J.N. บรอนสเต็ดและที.เอ็ม. Lowry ในปี 1923 ตามแนวคิดการถ่ายโอนของ H⁺ ในปฏิกิริยากรด-เบส

Arrhenius กำหนดโปรตอน H⁺ เป็นสปีชีส์ที่แยกได้ แม้ว่าปัจจุบันเป็นที่ทราบกันดีว่าในสารละลาย พวกมันมีแรงดึงดูดสูงกับโมเลกุลของน้ำและกำลังก่อตัวเป็นไฮโดรเนียมไอออน (\({H_3}{O^ + }\)) จากแนวคิดทั้งสองนี้ เราจะสำรวจปฏิกิริยากรด-เบสที่รู้จัก:

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

ในกรณีนี้ กรดอะซิติกคือกรดที่บริจาคไฮโดรเจนที่เป็นกรด ในขณะที่น้ำทำหน้าที่เป็นเบส โดยรับเอาโปรตอนที่ได้รับบริจาคไป ในทางกลับกัน ไอออนิกชนิดใหม่สองชนิดจะก่อตัวขึ้น ซึ่งเป็นกรดและเบสที่เชื่อมกันของกรดและเบสที่มาจากพวกมัน ในกรณีนี้ สปีชีส์ \({C_2}{H_3}{O_2}^ – \) เป็นคอนจูเกตเบสของกรดอะซิติก ในขณะที่ \({H_3}{O^ + }\) เป็นคอนจูเกตแอซิดของน้ำ ดังนั้น คู่กรด-เบสคอนจูเกตจะแตกต่างกันเฉพาะเมื่อมีไฮโดรเจนที่เป็นกรด และยิ่งไปกว่านั้น สมมติฐานที่ว่ากรดทุกตัวมีเบสคอนจูเกตและในทางกลับกันก็เป็นไปตามนั้น

ตอนนี้เรามาทบทวนปฏิกิริยาต่อไปนี้:

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

ในกรณีนี้ เรามีคู่กรด-เบสคอนจูเกตที่เป็นน้ำและไฮดรอกซิลไอออนตามลำดับ และเบสคือแอมโมเนีย โดยคู่คอนจูเกตคือสปีชีส์ของลักษณะกรด \(N{H_4}^ + \)

ตอนนี้คุณอาจสงสัยว่าน้ำทำหน้าที่เป็นทั้งกรดและเบสได้อย่างไร ความสามารถนั้นเรียกว่า amphotericism นั่นคือสารที่ออกฤทธิ์ได้ทั้งสองทางขึ้นอยู่กับว่าใครมารวมอยู่ด้วย คือ สารแอมโฟเทอริก

เช่นเดียวกับที่เรากำหนดคู่คอนจูเกต พวกมันมีลักษณะเฉพาะ: ยิ่งกรดในคู่มีความเป็นกรดมากเท่าใด ความแข็งแรงพื้นฐานก็จะยิ่งต่ำลง จะมีคอนจูเกตเบสของมัน และมันก็เหมือนกับกรณีของเบส ยิ่งเบสมีความแข็งแกร่งของเบสมากเท่าไร คู่คอนจูเกตก็จะลดความแข็งแกร่งของเบส กรด. พวกเขาจะสงสัยว่าเรากำลังพูดถึงพลังอะไร?

ถ้าอย่างนั้น เมื่อกรดเข้มข้น เรากำลังพูดถึงสายพันธุ์ที่สามารถบริจาคไฮโดรเจนที่เป็นกรดได้อย่างสมบูรณ์ ถ่ายโอนโปรตอนทั้งหมดไปยังน้ำและแยกตัวออกจากกันอย่างสมบูรณ์ มิฉะนั้น กรดอ่อนจะถูกทำให้แตกตัวเป็นไอออนบางส่วนในสารละลายที่เป็นน้ำ ซึ่งหมายความว่าส่วนหนึ่งของกรดจะถูกพบว่าเป็นสปีชีส์ที่แยกออกจากกัน และบางส่วนจะคงโครงสร้างไว้ ลองดูตัวอย่างทั่วไปต่อไปนี้:

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

นี่เป็นกรดแก่เนื่องจากมันแยกตัวออกอย่างสมบูรณ์ และเกิดในทำนองเดียวกันกับโซเดียมไฮดรอกไซด์ซึ่งเป็นเบสแก่:

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

หากเราสำรวจปฏิกิริยาของกรดอะซิติกในสารละลายที่เป็นน้ำ เราสังเกตว่ามีความสมดุลระหว่างสปีชีส์ เนื่องจากการแยกตัวไม่ได้ สมบูรณ์ ดังนั้นจึงมีค่าคงที่ความเป็นกรดทางอุณหพลศาสตร์ที่ควบคุมกระบวนการ ซึ่งแสดงเป็นฟังก์ชันของกิจกรรมของ สายพันธุ์; อย่างไรก็ตาม ในสารละลายเจือจาง สามารถประมาณได้ผ่านความเข้มข้นของโมลาร์:

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

ในขณะที่ในกรณีของเบสอ่อน เราสามารถอธิบายถึงระดับที่เบสดังกล่าวแตกตัวเป็นไอออนได้ หากเราพูดถึงค่าคงที่ทางอุณหพลศาสตร์ของความเป็นเบสิก เช่นในกรณีของแอมโมเนีย:

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

ค่าคงที่เหล่านี้จะแสดงเป็นตารางที่อุณหภูมิอ้างอิง ในขณะที่ยังมีบรรณานุกรมที่ระบุระดับความเป็นกรดหรือความเป็นพื้นฐานของสารประกอบบางชนิด

ในที่สุด เราจะกล่าวถึงการแตกตัวเป็นไอออนของน้ำโดยอัตโนมัติ ดังที่เราได้เห็นไปแล้ว น้ำมีทั้งเบสและกรดคอนจูเกต ซึ่งสามารถอธิบายปรากฏการณ์นี้ในปฏิกิริยาไอออไนเซชันได้:

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

เราสามารถกำหนดกระบวนการนี้ได้เช่นเดียวกับที่เราทำก่อนหน้านี้ผ่านค่าคงที่ที่เกี่ยวข้อง ซึ่งจะเป็น:

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

อาศัยการจัดเรียงทางคณิตศาสตร์ เราสามารถแสดงผลิตภัณฑ์ไอออนิกของน้ำเป็นค่าคงที่ต่อไปนี้:

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

ซึ่งมีค่าคงที่ที่ 25ºC และมีค่าเท่ากับ 1×10-14 ซึ่งหมายความว่า ถ้าสารละลายเป็นกลาง นั่นคือเท่ากับ ปริมาณของกรดมากกว่าเบส แต่ละความเข้มข้นของชนิดไอออนิกจะเป็น: 1×10-7 โมล/ลิตร