14.1 Brønsted-Lowry Syrer og Baser

syre-base reaktion klasse er blevet undersøgt for ganske et stykke tid., I 1680 rapporterede Robert Boyle træk ved syreopløsninger, der omfattede deres evne til at opløse mange stoffer, ændre farverne på visse naturlige farvestoffer og miste disse træk efter at have kommet i kontakt med alkali (base) opløsninger. I det attende århundrede blev det erkendt, at syrer har en sur smag, reagerer med kalksten for at befri et gasformigt stof (nu kendt for at være CO2) og interagerer med alkalier for at danne neutrale stoffer., I 1815 bidrog Humphry Davy meget til udviklingen af det moderne syre-base koncept ved at demonstrere, at hydrogen er den essentielle bestanddel af syrer. Omkring samme tid konkluderede Joseph Louis Gay-Lussac, at syrer er stoffer, der kan neutralisere baser, og at disse to klasser af stoffer kun kan defineres i forhold til hinanden., Betydningen af hydrogen blev understreget på ny i 1884, da Svante Arrhenius, der defineres en syre, som et stof, der opløses i vand for at give brint kationer (nu anerkendt for at være hydronium ioner) og en base, som et stof, der opløses i vand for at give hydroxid anioner.Johannes Brønsted og Thomas lo .ry foreslog i 1923 en mere generel beskrivelse, hvori syrer og baser blev defineret i form af overførsel af hydrogenioner, H+., (Bemærk, at disse brint-ioner, ofte blot kaldet protoner, da det subatomare partikel er den eneste del af kationer, der stammer fra en af de mest udbredte brint-isotop, 1H.) Et stof, der donerer en proton til en anden forbindelse, kaldes en Brønsted-Lowry syre, og en forbindelse, der accepterer en proton kaldes en Brønsted-Lowry base. En syre-base reaktion er således overførslen af en proton fra en donor (syre) til en acceptor (base).

begrebet konjugatpar er nyttigt til at beskrive Brønsted-lo .ry syre-base reaktioner (og andre reversible reaktioner, såvel)., Når en syre donerer H+, kaldes den resterende art den konjugerede base af syren, fordi den reagerer som en protonacceptor i den omvendte reaktion. Ligeledes, når en base accepterer H+, omdannes den til dens konjugatsyre. Reaktionen mellem vand og ammoniak illustrerer denne id.. I fremadgående retning virker vand som en syre ved at donere en proton til ammoniak og efterfølgende blive en hydro .idion, OH−, den konjugerede base af vand. Ammoniak fungerer som en base ved at acceptere denne proton, bliver en ammoniumion, NH4+,NH4+, konjugatsyren af ammoniak., I omvendt retning virker en hydro .idion som en base ved at acceptere en proton fra ammoniumion, som virker som en syre.

reaktionen mellem en Brønsted-lo .ry syre og vand kaldes syreionisering. For eksempel, når hydrogenfluorid opløses i vand og ioniserer, overføres protoner fra hydrogenfluoridmolekyler til vandmolekyler, hvilket giver hydroniumioner og fluoridioner:

Baseionisering af en art forekommer, når den accepterer protoner fra vandmolekyler., I eksemplet nedenfor, pyridin molekyler, C5NH5, gennemgå base ionisering, når der er opløst i vand, hvilket giver hydroxid og pyridinium-ioner:

Det foregående ionisering reaktioner tyder på, at vand kan fungere som både en base, som i sin reaktion med hydrogen fluorid) og en syre, (som i sin reaktion med ammoniak). Arter kan enten donere eller accept af protoner kaldes amphiprotric, eller mere generelt, amfotere, et begreb, der kan bruges til syrer og baser pr andre definitioner end den Brønsted-Lowry ‘ en., Ligninger nedenfor viser to mulige syre-base-reaktioner for to amphiprotic arter, bikarbonat-ioner og vand:

Den første ligning repræsenterer reaktionen af bikarbonat som en syre med vand som en base, mens det andet repræsenterer reaktion af bikarbonat som en base med vand som en syre., Når bicarbonat tilsættes til vand, etableres begge disse ligevægte samtidigt, og sammensætningen af den resulterende opløsning kan bestemmes ved passende ligevægtsberegninger, som beskrevet senere i dette kapitel.

I flydende tilstand, molekyler af en amphiprotic stoffet kan reagere med hinanden, som illustreret til vand i ligningerne nedenfor:

Den proces, som gerne molekyler reagerer på udbytte ioner kaldes autoionization., Flydende vand gennemgår autoionisering i meget lille grad; ved 25.C ioniseres cirka to ud af hver milliard vandmolekyler. Omfanget af vandet autoionization proces afspejles i værdien af sin ligevægt konstant, ion-produkt konstant i vand, Kw:

Den lille ionisering af rent vand er afspejlet i den lille værdi af den balance, som konstant; ved 25 °C Kw har en værdi på 1,0 ×× 10-14., Processen er endoterm, så omfanget af ionisering og de resulterende koncentrationer af hydroniumion og hydro .idion stiger med temperaturen. For eksempel ved 100 C C er værdien for K 100 omkring 5,6 10-1 10-1 10-13, omtrent 50 gange større end værdien ved 25 C. C.