14.1 Brønsted-Lowryho Kyseliny a zásady

acidobazické reakce třídy byly studovány pro docela nějaký čas., V roce 1680 Robert Boyle oznámil, vlastnosti roztoků kyseliny, které zahrnovaly jejich schopnost rozpouštět mnoho látek, změnit barvy některých přírodních barviv, a ztratit tyto vlastnosti po příchodu do kontaktu s alkálií (základní) řešení. V osmnáctém století, bylo zjištěno, že kyseliny mají kyselou chuť, reagovat s vápencovými osvobodit plynné látky (nyní známý být CO2), a komunikovat s alkáliemi tvoří neutrální látky., V roce 1815, Humphry Davy významně přispěl k rozvoji moderní acid-base koncept tím, že prokáže, že vodík je nezbytnou složkou kyselin. Zhruba ve stejnou dobu, Joseph Louis Gay-Lussac k závěru, že kyseliny jsou látky, které mohou neutralizovat základny, a že tyto dvě třídy látek může být definována pouze z hlediska navzájem., Význam vodíku byl znovu zdůraznil v roce 1884, když Svante Arrhenius definovanými kyselina jako látka, která se rozpouští ve vodě, aby výnos vodíkových kationtů (nyní považované za ionty vodíku) a báze jako látka, která se rozpouští ve vodě, aby výnos sodný anionty.

Johannes Brønsted a Thomas Lowry navrhl obecnější popis v roce 1923, ve kterém kyseliny a zásady byly definovány z hlediska přenosu vodíkových iontů H+., (Všimněte si, že tyto vodíkové ionty jsou často odkazoval se na jednoduše jako protony, od subatomárních částic je pouze složka kationty odvozené od nejhojnější izotop vodíku, 1H.) Sloučenina, která daruje proton jiné sloučeniny, se nazývá Brønsted-Lowryho kyselina, sloučenina, která přijímá proton, se nazývá Brønsted-Lowryho báze. Acidobazická reakce je tedy přenos protonu z dárce (kyseliny) na akceptor (báze).

pojem konjugovaných párů je užitečný při popisu Brønsted-Lowry acidobazických reakcí(a dalších reverzibilních reakcí)., Když kyselina daruje H+, druh, který zůstává, se nazývá konjugovaná báze kyseliny, protože reaguje jako akceptor protonů v reverzní reakci. Podobně, když báze přijímá H+, převede se na její konjugovanou kyselinu. Reakce mezi vodou a amoniakem ilustruje tuto myšlenku. V dopředném směru působí voda jako kyselina darováním protonu amoniaku a následně se stává hydroxidovým iontem, oh−, konjugovanou základnou vody. Amoniak působí jako báze při přijímání tohoto protonu a stává se amonným iontem, NH4+, NH4+, konjugovanou kyselinou amoniaku., V opačném směru působí hydroxidový iont jako báze při přijímání protonu z amonného iontu, který působí jako kyselina.

reakce mezi kyselinou Brønsted-Lowry a vodou se nazývá ionizace kyseliny. Například, když fluorovodík se rozpouští ve vodě a ionizuje, protony jsou přenášeny z fluorovodík molekul na molekuly vody, výtěžkem vodíku a iontů fluoridové ionty:

Základní ionizace druhu dochází, když je přijímá protonů z molekuly vody., V níže uvedeném příkladu molekuly pyridinu, C5NH5, podstoupit základní ionizace, když se rozpustí ve vodě, čímž se získá sodný a mezi pyridiniové ionty:

předchozí ionizace reakce naznačují, že voda může fungovat jako báze (jako v jeho reakci s fluorovodík) a kyseliny (jako v jeho reakce s amoniakem). Druhy schopné buď darovat nebo přijímat protony se nazývají amfiprotrické, nebo obecněji amfoterní, termín, který může být použit pro kyseliny a báze podle jiných definic než Brønsted-Lowry., Rovnice níže ukazují dva možné acidobazické reakce na dva amphiprotic druhů, sodný ion a voda:

první rovnice představuje reakce bikarbonátu jako kyselina, s vodou jako základnu, zatímco druhý představuje reakce bikarbonátu sodného jako báze s vodou jako kyselina., Při sodný se přidává do vody, oba tyto rovnováhy jsou stanoveny současně a složení výsledného roztoku může být stanovena na základě odpovídající rovnovážné výpočty, jak je popsáno později v této kapitole.

V kapalném stavu, molekuly z amphiprotic látky mohou reagovat s navzájem, jak je znázorněno na vodu v níže uvedené rovnice:

proces, ve kterém jako molekuly, které reagují na výnos ionty se nazývá autoionization., Kapalná voda prochází autoionizací ve velmi malém rozsahu; při 25 °C jsou ionizovány přibližně dvě z každé miliardy molekul vody. Rozsah vody autoionization proces se odráží v hodnotě jeho rovnovážná konstanta, iontový produkt konstanta pro vodu, Kw:

mírný stupeň ionizace čisté vody se odráží v malé hodnotu rovnovážné konstanty; při 25 °C, Kw, má hodnotu 1.0 ×× 10-14., Proces je endotermické, a tak rozsah ionizace a výsledná koncentrace ion vodíku a hydroxidu sodného iontu s teplotou zvyšuje. Například při 100 °C je hodnota Kw asi 5,6 × 10-13, zhruba 50krát větší než hodnota při 25 °C.