Теории кислот и оснований (Аррениуса, БренстедаЛоури и Льюиса)

Сванте Аррениус разработал первую современную кислотно-основную теорию, которая, хоть и не лишена недостатков, но актуальна и по сей день.

Согласно теории Аррениуса:

· кислоты являются электролитами, которые диссоциируют с образованием ионов водорода, например: HCl→H⁺+Cl^-

· основания - это электролиты, которые диссоциируют в растворах с отщеплением гидроксид-ионов (ОН^-), например: NaOH→Na⁺+OH^-

Поскольку, при смешивании водного раствора кислоты и основания получается нейтральный раствор, кислотно-основную реакцию Аррениус назвал реакцией нейтрализации.

Согласно теории Бренстеда-Лоури, кислота является донором, поставляя свои протоны водорода для образования химической связи, а основание выступает в роли акцептора, принимая эти протоны. Для образования донорно-акцепторной связи основание предоставляет одну пару своих электронов. Таким образом, ковалентная связь между кислотой и основанием образуется за счет двух электронов, которые изначально принадлежали одному атому, выступающего в качестве донора электронной пары, и свободной орбитали другого атома, выступающего в роли акцептора той же пары. Обычно ковалентная связь образуется из двух атомов, каждый из которых предоставляет по одному своему электрону, однако, при донорно-акцепторном способе формирования ковалентной связи оба электрона предоставляет один и тот же атом.

В теории Льюиса (1923 г.) на основе электронных представлений было ещё более расширено понятие кислоты и основания. Кислота Льюиса — молекула или ион, имеющие вакантные электронные орбитали, вследствие чего они способны принимать электронные пары. Это, например, ионы водорода — протоны, ионы металлов (Ag⁺, Fe³⁺), оксиды некоторых неметаллов (например, SO₃, SiO₂), ряд солей (AlCl₃), а также такие вещества как BF₃, Al₂O₃. Кислоты Льюиса, не содержащие ионов водорода, называются апротонными. Протонные кислоты рассматриваются как частный случай класса кислот. Теория кислот и оснований Льюиса, в отличие от теории Бренстеда, является более общей. Согласно этой теории основанием считается любая частица (атом, молекула или анион), способная отдавать электронную пару для образования ковалентной связи, а кислотой — любая частица (атом, молекула, катион), способная принимать пару электронов с образованием ковалентной связи.
То есть, по Льюису, основание является донором, а кислота — акцептором пары электронов. Из приведенного определения видно, что основания Льюиса тождественны основаниям Бренстеда. Однако кислоты Льюиса охватывают более широкий круг соединений.
Кислотой Льюиса считается любая частица, имеющая вакантнуюорбиталь.
Согласно теории Льюиса, к кислотам относятся не только соединения, отщепляющие протон (протонные кислоты), но и другие вещества, имеющие вакантную орбиталь и способные принимать пару электронов (апротонные кислоты). Кислотами Льюиса, например, являются такие соединения, как BF4, AIC1,, FeCI3, SbCI,, ZnClr HgCI3 и др.
Кислотно-основный процесс по Льюису состоит в образовании ковалентной связи между основанием и кислотой за счет электронной пары основания и вакантной орбитали кислоты. Так.основания Льюиса, имеющие неподеленные пары электронов, образуют с кислотами Льюиса комплексы. Основание Льюиса — это молекула или ион, способные быть донором электронных пар: все анионы, аммиак и амины, вода, спирты, галогены.

Гидролиз солей. Три случая гидролиза солей. Константа гидролиза.

Гидролиз солей - это химическое взаимодействие ионов соли с ионами воды, приводящее к образованию слабого электролита.

Если рассматривать соль как продукт нейтрализации основания кислотой, то можно разделить соли на четыре группы, для каждой из которых гидролиз будет протекать по-своему.

Случая гидролиза солей

1). Гидролиз не возможен

Соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой (KBr, NaCl, NaNO₃), гидролизу подвергаться не будет, так как в этом случае слабый электролит не образуется.

рН таких растворов = 7. Реакция среды остается нейтральной.

2). Гидролиз по катиону (в реакцию с водой вступает только катион)

В соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой (FeCl₂, NH₄Cl, Al₂(SO₄)₃,MgSO₄) гидролизу подвергается катион:

FeCl₂ + HOH <=>Fe(OH)Cl + HCl
Fe²⁺ + 2Cl^- + H⁺ + OH^- <=>FeOH⁺ + 2Cl^- + Н⁺

В результате гидролиза образуется слабый электролит, ион H⁺ и другие ионы.

рН раствора < 7 (раствор приобретает кислую реакцию).

3). Гидролиз по аниону (в реакцию с водой вступает только анион)

Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой (КClO, K₂SiO₃, Na₂CO₃,CH₃COONa) подвергается гидролизу по аниону, в результате чего образуется слабый электролит, гидроксид-ион ОН^- и другие ионы.

K₂SiO₃ + НОH<=>KHSiO₃ + KОН
2K⁺ +SiO₃^2- + Н⁺ + ОH^-<=> НSiO₃^- + 2K⁺ + ОН^-

рН таких растворов > 7 (раствор приобретает щелочную реакцию).

4). Совместный гидролиз (в реакцию с водой вступает и катион и анион)

Соль, образованная слабым основанием и слабой кислотой (СН₃СООNН₄, (NН₄)₂СО₃,Al₂S₃), гидролизуется и по катиону, и по аниону. В результате образуются малодиссоциирующие основание и кислота.рН растворов таких солей зависит от относительной силы кислоты и основания. Мерой силы кислоты и основания является константа диссоциации соответствующего реактива.

Реакция среды этих растворов может быть нейтральной, слабокислой или слабощелочной:

Al₂S₃ + 6H₂O =>2Al(OH)₃↓+ 3H₂S↑

Гидролиз - процесс обратимый.

Гидролиз протекает необратимо, если в результате реакции образуется нерастворимое основание и (или) летучая кислота.

Константа гидролиза — константа равновесия гидролитической реакции. Так константа гидролиза соли равна отношению произведения равновесных концентраций продуктов реакции гидролиза к равновесной концентрации соли с учётом стехиометрических коэффициентов.