Протонная теория кислот и оснований

Теория электролитической диссоциации неприменима к реакциям, протекающим без участия ионов, например,

NH_3(г) + HCl_(г) = NH₄Cl_(тв).

Аммиак NH₃, не имея ОН^– групп, ведет себя как основание, образуя с НС1 соль NH₄Cl.

В 1923 году И.Н. Бренстед и Т.М. Лоури предложили протонную теорию кислот и оснований, применяемую как к водным, так и неводным растворам.

Согласно протонной теории кислоту считают донором протонов (ионов водорода Н⁺), а основание – акцептором протонов. При взаимодействии кислота отдаёт, а основание принимает протон. Соотношение между кислотой и основанием можно представить схемой

Н⁺ Н⁺

кислота₁ + основание₂ «основание₁ + кислота₂.

Основание и кислоту, связанные данным соотношением, называют сопряжёнными.

Например,

Н⁺ Н⁺

1) HF + NH₃ «F^– + .

кислота₁ основание₂ основание₁ кислота₂

Кислоте HF соответствует сопряжённое основание F^– (пара HF/F^–), а основанию NH₃ соответствует сопряжённая кислота (пара NH₃/ ). В зависимости от партнера одно и то же вещество может быть или кислотой или основанием. Такие вещества называются амфолитами.

Например,

Н⁺ Н⁺

1) H₂О + NH₃ «OH^– + NH₄⁺.

кислота₁ основание₂ основание₁кислота₂

Сопряженные пары: для кислоты Н₂О/ОН^-; для основания NH₃/NH₄⁺.

Н⁺ Н⁺

2) H₂О + HF «H₃O⁺ + F^–.

oснование₁кислота₂ кислота₁основание₂

Сопряженные пары: для основания H₂О/H₃O⁺; для кислоты HF/F^–.

Кислотно-основные свойства, согласно протонной теории, количественно характеризуются протонным сродством, или энергией, которая выделяется при присоединении протона к молекуле или иону. Роль основания играет тот партнер, у которого протонное сродство наибольшее.

В первом случае протонное сродство у NH₃ больше, чем у H₂О, поэтому NH₃ – основание. Во втором случае у H₂О протонное сродство больше, чем у HF, следовательно, H₂О – основание.

Таким образом, по теории Бренстеда кислотой является всякая частица (молекула, ион), отдающая протон. Основание – всякая частица (молекула, ион), принимающая протон.

Вещества, проявляющие кислотные и основные свойства, называются протолитами.

Согласно протонной теории кислоты делятся на три группы.

Первая группа – нейтральные кислоты:

H₂SО₄ «Н⁺ + ;

кислота основание

Вторая группа – анионные кислоты:

«Н⁺ + .

кислота основание

Третья группа – катионные кислоты:

«NH₃ + Н⁺.

кислота основание

К числу катионных кислот относятся гидратированные катионы многозарядных металлов

[Al(H₂O)₆]³⁺ «[Al(H₂O)₅OH]²⁺ + H⁺.

кислота основание

Аналогичная классификация для оснований.

Первая группа – нейтральные основания: H₂O, NH₃, C₆H₅NH₂ и др.

Вторая группа – анионные основания: Сl^–, , ОН^– и др.

Третья группа – катионные основания: H₂N- и др.

Анионы многоосновных кислот являются амфолитами. Например,

1) Н₃РO₄ «Н⁺ + ;

кислота основание

2) «Н⁺ + ;

кислота основание

3) «Н⁺ + .

кислота основание

Большинство соединений, обладающих кислотной или основной функцией в водном растворе, обратимо реагируют с водой и являются слабыми протолитами. Состояние протолитического равновесия с участием слабой кислоты (молекула, ион) в разбавленном растворе

HCN + Н₂О «CN^– + H₃O⁺

кислота основание

количественно характеризуется константой кислотности

= f (t) = 4,93×10^–10 моль/л (25 °С).