Обобщенная теория кислот и оснований. Кислотно-основный катализ

Для неводных растворов неприменимы обычные представления о кислотах и щелочах в водных растворах, согласно которым кислотой называется химическое соединение, диссоциирующее в растворе на анион и ион водорода (гидроксония), и основанием - соединение, диссоциирующее на катион металла и ион гидроксила.

Представление о кислотах и основаниях в неводных растворах рассматривается в обобщенной теории кислот и оснований (в теории протолитического равновесия) (Бренстед). Согласно этой теории кислотой называется химическое соединение, способное в течение реакции отдавать протон; кислота—донор протона. Реакция присоединения протона к другому веществу, участвующему в реакции с кислотой, называется реакцией протонизации. Соединения НС1, NH₄⁺ и Н₂О — кислоты, так как они способны отщеплять протон:

HCl «Cl^- + H⁺;

NH₄⁺ «NH₃ + H⁺;

H₂O «ОН^- + Н⁺.

Основанием называется химическое соединение, способное присоединять протон; основание—акцептор протона. Реакция отнятия протона от другого вещества, участвующего в реакции с основанием, называется реакцией депротонизации. Примерами основания могут служить Cl^-, NH₃, OH^-, так как они способны присоединять протон:

Сl^- + H⁺ «HCl;

NH₃ + H⁺ «NH₄⁺;

OH^- + H⁺ «H₂O.

В процессе отщепления—присоединения протона участвует пара сопряженных кислоты и основания. Так, например, в процессе

HCl «Cl^- + H⁺,

сопряженными кислотой и основанием будут НС1 и Сl^-. В растворах протон (ядро атома водорода) не может длительное время существовать в свободном состоянии. Поэтому в реакции отщепления—присоединения протона участвуют две пары сопряженных кислот и оснований (так называемая протолитическая реакция). Например, в протолитической реакции

NH₃ + HCl «NH₄⁺ + Cl^-,

участвуют две пары кислот и оснований: НС1, Сl^- и NH₄⁺, NH₃.

Кислотно-основной катализ—наиболее распространенный и практически важный вид гомогенного катализа. При кислотном катализе в первой стадии происходит протолитическая реакция и протонизация исходного вещества S за счет передачи протона от катализатора (кислоты) АН; в случае мономолекулярной реакции протонизированная форма вещества SH⁺ во второй стадии реакции распадается с образованием продуктов Р и Q и отщеплением протона, причем катализатор (кислота) регенерируется:

S+AH ® SH⁺ + A^-;

SH⁺ + A^- ® P + Q + AH.

Согласно обобщенной теории кислот и оснований в кислотном катализе катализатором может быть любое вещество, способное отщеплять протон, например, ион NH₄⁺ (соль NH₄C1).

При основном катализе в первой стадии происходит протолитическая реакция между исходным веществом SH и основанием В; при этом происходит депротонизация исходного вещества (передача протона катализатору—основанию). Во второй стадии реакции депротонизированная форма вещества распадается с образованием продуктов Р и Q с одновременной передачей протона и регенерацией катализатора:

SH + B ® S^-+BH⁺;

S+BH⁺ ® P+Q+B.

Согласно обобщенной теории кислот и оснований катализатором в основном катализе может быть любое вещество, способное присоединять протон, например, ион СН₃СОО^- (соль CH₃COONa).

Дата добавления: 2014-01-05