Протолитическая теория кислот и оснований

Кислоты – молекулы или ионы, способные в данной реакции отдавать катион водорода
Кислота – донор протонов
Основания – молекулы или ионы, способные в данной реакции присоединять протоны (акцепторы протонов)

С каждой кислотой сопряжено основание, в которое она переходит, теряя протоны.

 

HCl + H2O = H3O⁺ + Cl^-

H3O⁺ - катион гидроксония (Сопряженная кислота)

Каждой кислоте соответствует свое основание и каждому основанию - своя кислота. Эту пару сопряженных веществ называют кислотно-основной или протолитической парой. Каждый отдельный компонент этой пары называется протолитом. Кислота и основание одной протолитической пары называются сопряженными протолитами (сопряженными кислотой и основанием).

Для количественной оценки способности протона связываться с тем или иным основанием используют константы равновесия протолитических реакций.

Константа кислотности и константа основности сопряженного основания связаны друг с другом через константу автопротолиза растворителя.

Константа автопротолиза — физическая величина, характеризующая способность протонного растворителя к диссоциации. Обозначается K_S.

 

Амфолиты (от греч. amphoteros — и тот и другой, lytos—растворимый) — амфотерные электролиты, т. е. вещества, молекулы которых содержат одновременно и кислотные, и основные группы, и поэтому в водных растворах диссоциируют и как кислоты с отщеплением водородных ионов Н +, и как основания с отщеплением гидроксильных ионов ОН-.

К амфолитам относятся биологически важные вещества: аминокислоты, пептиды, белки и др. Кислотные свойства этих веществ обусловлены наличием в них карбоксильных групп СООН, а основные свойства — содержанием аминогрупп NH₂.

 

Теория Льюиса.

Льюис рассматривает кислотно-основное взаимодействие как образование донорно-акцепторной связи. Кислота - акцептор электронной пары, основание - донор электронов. Образуемое ими соединение - аддукт - является аналогом соли в традиционной концепции. Чем сильнее акцепторные свойства катиона, тем более сильной кислотой он является. Кислотные свойства катионов растут с увеличением их ионного потенциала, равного отношению заряда к радиусу: m = Z/R. Наиболее сильные кислоты - многозарядные катионы с малыми радиусами.

 

 

№18

Автопротолиз – обратимый процесс образования равного числа катионов и анионов из незаряженных молекул жидкого индивидуального вещества за счет передачи протона от одной молекулы к другой.

Наличие водородных связей в жидкой воде объясняет её автопротолиз

За счет тепловых колебаний атом водорода, образующий водородную связь, может на мгновение занять промежуточное положение между атомами кислорода. Из частицы с таким атомом водорода с равной вероятностью могут образоваться как исходные молекулы воды, связанные водородными связями, так и два иона: гидроксид-ион и ион оксония.

То есть, в воде протекает реакция 2Н₂О = Н₃О + ОН .
Также легко происходит и обратный процесс – образование двух молекул воды при столкновении иона оксония с гидроксид-ионом: Н₃О + ОН = 2Н₂О.
Обе эти реакции протекают в воде постоянно и с равной скоростью, следовательно, в воде существует равновесие: 2Н₂О AН₃О + ОН .
Это равновесие называется равновесием автопротолиза воды.

Произведение K _C· [H₂O]² – величина постоянная. Она называется константой автопротолиза воды (устаревшее название – ионное произведение воды) и обозначается или К (Н₂О).

= [H3O ][OH ]

Как и константа равновесия, константа автопротолиза воды зависит от температуры. Экспериментально установлено, что при 25 °С константа автопротолиза воды

= 10^–14 моль²/л².

Отсюда следует, что при этих условиях в чистой воде

с (Н₃О ) = с (ОН ) = 10^–7 моль/л.

При увеличении температуры значение константы автопротолиза воды несколько возрастает.
Такая низкая концентрация разноименно заряженных ионов в чистой воде объясняет, почему эта жидкость, хоть и плохо, но все же проводит электрический ток.

Для удобства оценки характера водной среды используют безразмерную величину водородный показатель.

pH=-lg[H+]

pOH=-lg[OH-]

Ионное произведение воды в логарифмической формуле pH+pOH =14

Кислотная среда: pH<7
Щелочная среда: pH>7

pH щелочи не может быть 1