В теории кислот и оснований , которые основаны на концепции данного Антуаном Лавуазье в 1776 году, который ограниченное знание сильных кислот, в том числе азотной и серной. Лавуазье утверждал, что кислотность вещества зависит от количества содержащегося в нем кислорода, поскольку он не знал фактического состава галогенидов водорода и других сильных кислот.
Эта теория считалась истинным определением кислоты в течение нескольких десятилетий, даже когда такие ученые, как Берцелиус и фон Либих, внесли изменения и предложили другие концепции, но только после того, как Аррениус пришел более ясно увидеть, как работают кислоты и основания.
Томас Мартин Лоури, один из теоретиков кислоты и основания
Вслед за Аррениусом физико-химики Брёнстед и Лоури независимо друг от друга разработали свою собственную теорию, пока Льюис не предложил ее улучшенную и более точную версию.
Этот набор теорий используется по сей день и, как говорят, помог сформировать современную химическую термодинамику.
Теория Аррениуса
Теория Аррениуса - первое современное определение кислот и оснований, которое было предложено одноименным физико-химиком в 1884 году. Она утверждает, что вещество идентифицируется как кислота, когда оно образует ионы водорода, растворяясь в воде.
То есть кислота увеличивает концентрацию ионов H + в водных растворах. Это можно продемонстрировать на примере диссоциации соляной кислоты (HCl) в воде:
HCl (водн.) → H + (водн.) + Cl - (водн.)
Согласно Аррениусу, основания - это те вещества, которые выделяют ионы гидроксида при диссоциации в воде; то есть увеличивает концентрацию ионов ОН - в водных растворах. Примером основания Аррениуса является растворение гидроксида натрия в воде:
NaOH (водн.) → Na + (водн.) + OH - (водн.)
Теория также утверждает, что, как таковые, ионы H + отсутствуют , но что эта номенклатура используется для обозначения иона гидроксония (H 3 O + ) и что он упоминается как ион водорода.
Понятия щелочности и кислотности были объяснены только как концентрации ионов гидроксида и водорода, соответственно, а другие типы кислоты и основания (их слабые версии) не были объяснены.
Теория Бренстеда и Лоури
Йоханнес Николаус Бронстед
Эта теория была независимо разработана двумя физико-химическими учеными в 1923 году: первым в Дании и вторым в Англии. У них обоих было одно и то же видение: теория Аррениуса была ограниченной (поскольку она полностью зависела от существования водного раствора) и неправильно определяла, что такое кислота и основание.
По этой причине химики работали вокруг иона водорода и заявили: кислоты - это вещества, которые выделяют или отдают протоны, а основания - те, которые принимают эти протоны.
Они использовали пример, чтобы продемонстрировать свою теорию, которая включает в себя равновесную реакцию. Он утверждал, что у каждой кислоты есть сопряженное основание, и что у каждого основания также есть сопряженная кислота, например:
HA + B ↔ A - + HB +
Как, например, в реакции:
CH 3 COOH + H 2 O ↔ CH 3 COO - + H 3 O +
В предыдущей реакции уксусная кислота (CH 3 COOH) является кислотой, потому что она отдает протон воде (H 2 O), становясь, таким образом, сопряженным с ней основанием, ацетат-ионом (CH 3 COO - ). В свою очередь, вода является основанием, потому что она принимает протон из уксусной кислоты и становится ее сопряженной кислотой, ионом гидроксония (H 3 O + ).
Эта обратная реакция также является кислотно-основной реакцией, так как конъюгированная кислота становится кислотой, а конъюгированное основание становится основанием посредством передачи и принятия протонов таким же образом.
Преимущество этой теории перед Аррениусом состоит в том, что для диссоциации кислоты и основания ей не требуется кислота.
Теория Льюиса
Физико-химик Гилберт Льюис начал изучать новое определение кислот и оснований в 1923 году, в том же году, когда Бренстед и Лоури предложили свою собственную теорию этих веществ.
Это предложение, опубликованное в 1938 году, имело то преимущество, что требование водорода (или протона) было удалено из определения.
Он сам сказал в связи с теорией своих предшественников, что «ограничение определения кислот веществами, содержащими водород, было таким же ограничением, как ограничение окислителей веществами, содержащими кислород».
Вообще говоря, эта теория определяет основания как вещества, которые могут отдавать пару электронов, а кислоты как вещества, которые могут получать эту пару.
Точнее, в нем говорится, что основание Льюиса - это основание, которое имеет пару электронов, которая не связана со своим ядром и может быть подарена, и что кислота Льюиса - это та, которая может принимать свободную пару электронов. Однако определение кислот Льюиса расплывчато и зависит от других характеристик.
Примером является реакция между триметилбораном (Me 3 B), который действует как кислота Льюиса, поскольку он обладает способностью принимать пару электронов, и аммиаком (NH 3 ), который может отдавать свою свободную электронную пару.
Me 3 B +: NH 3 → Me 3 B: NH 3
Большим преимуществом теории Льюиса является то, как она дополняет модель окислительно-восстановительных реакций: теория предполагает, что кислоты реагируют с основаниями, чтобы разделить электронную пару, без изменения степени окисления какой-либо из их атомы.
Еще одно преимущество этой теории состоит в том, что она позволяет нам объяснить поведение таких молекул, как трифторид бора (BF 3 ) и тетрафторид кремния (SiF 4 ), которые не содержат ионов H + или OH - , как того требует предыдущие теории.
Ссылки
- Britannica, E. d. (SF). Британская энциклопедия. Получено с britannica.com
- Кислотно-основная теория Бренстеда-Лоури. (SF). Wikipedia. Получено с en.wikipedia.org
- Кларк, Дж. (2002). Теории кислот и оснований. Получено с сайта chemguide.co.uk