Теория кислот и оснований Бренстеда

Кислоты и основания. Протолитическое равновесие. Гидролиз.

Что такое кислота? Что такое основание? Мы считаем, что основание – это вещество, принимающее протон Н⁺, а кислота – это вещество, отдающее протон Н⁺. Однако, такое определение справедливо только для водных растворов. В других растворителях эти определения неточны. Потому было создано много теорий (Бренстеда, Льюиса, Усановича и др.), где эти понятия уточняются.

Наиболее широко применима теория Бренстеда как теория, которая легла в основу современных представлений о кислотах и основания. Для электрохимии также важна теория Бренстеда, так как она верно описывает поведение кислот и оснований в водных растворах (наиболее широко применимых в электрохимии), а во вторых основываясь именно на теорию Бренстеда Аррениус создал свою теорию электролитический диссоциации.

Кислота – это вещество, способное отдавать Н⁺.

Основание – это вещество способное принимать Н⁺.

Кислота и основание связаны уравнением:

Пример:

Кислота и основание, входящие в данное уравнение называются сопряженными.

Образующийся Н⁺ протон водорода не может существовать отдельно и должен содержаться с молекулой растворителя – воды:

Т. о., согласно Бренстеду, растворитель должен либо принимать Н⁺ (проявляя основные свойства), либо отдавать Н⁺ (проявляя кислотные свойства). Только в таком растворителе вещество может проявлять либо кислотные, либо основные свойства.

В этом случае кислотно-основное взаимодействие можно представить как:

Пример:

H₂O - это амфипротонный растворитель, способный и принимать и отдавать Н⁺.

Вещество А, отдав Н⁺ превращается в вещество В₁, а вещество В₂ приняв протон Н⁺ превращается в А₂.

CH₃COOH, CH₃COO^-, и H₂O и H₃O⁺ - это пары сопряженных кислот и оснований.

Реакции, в которых происходит переход Н⁺, называются протолитическими.

В протолитической реакции между двумя парами сопряженных кислот и оснований возникает равновесие, которое называется двойным протолитическим равновесием (или просто протолитическим равновесием).

Недостаток теории Бренстеда: теория не распространяется на соединения, которые не способны ни присоединять, ни отдавать Н⁺, но при этом обладающие выраженными кислотами или основными свойствами. К таким веществам можно отнести BF₃, AlCl₃, SO₃. Эти апротонные соединения, вступающие в равновесные реакции с основаниями, называются кислотами Льюиса. Такие соединения описываются электронной теорией кислот Льюиса.

Итак, согласно теории Бренстеда, в реакциях между кислотой и основанием устанавливается протолитическое равновесие, которое возникает между двумя парами сопряженных кислот и оснований. Такое равновесие характерно для реакций диссоциации и гидролиза. Рассмотрим каждую из них.

а) реакция диссоциации CH₃COOH:

Константа протолитического равновесия равна:

Двойное протолитическое равновесие есть результат двух сопряженных равновесий:

Запишем константы каждого из этих равновесий:

где , - истинные термодинамические константы диссоциации или константы кислотности.

Величина и отличаются. учитывает взаимодействие ион-ионное и ион-дипольное (с молекулами H₂O), а учитывает только ион-ионное взаимодействие и не учитывает взаимодействие с молекулами воды. Однако, в разбавленных водных растворах для слабых кислот .

Тогда, K_a равно отношению констант кислотности уксусной кислоты и иона гидроксония:

;

б) реакция гидролиза

- соли, образованные слабой кислотой и сильным основанием

(раствор разбавлен, соль диссоциирует полностью)

Образующийся ион CH₃COO^-, вследствие того, что CH₃COOH слабая кислота, проявляет основные свойства и способны принимать Н⁺ от молекул растворителя – H₂O.

(В результате гидролиза раствор соли имеет щелочную среду).

Константа протолитического равновесия равна:

Т. к. раствор разбавленный, то :

К_г – константа гидролиза.

Выразим К_г через, К_W. Умножим все на :

=К_W

= K_д

Отношение концентрации образовавшегося гидроксония к начальной концентрации соли называется степенью гидролиза β:

Найдем зависимость К_г от β для бинарного 1-1-валентного элемента :

где (общая концентрация соли)

- соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой:

После гидролиза раствор соли имеет кислую среду.

Рассуждения аналогичны предыдущему случаю.

Дата добавления: 2014-01-06