14.1 Brønsted-Lowry Hapot ja Emäkset

happo-emäs-reaktio-luokka on tutkittu jo jonkin aikaa., Vuonna 1680, Robert Boyle kertoi piirteitä happo ratkaisuja, jotka sisältyvät niiden kyky liuottaa monia aineita, muuttaa väriä tiettyjä luonnollisia väriaineita, ja menettää nämä piirteet jälkeen kosketuksissa emäs (pohja) ratkaisuja. Kahdeksastoista-luvulla huomattiin, että hapoilla on hapan maku, ne reagoivat kalkkikiven kanssa vapauttaakseen kaasumaisen aineen (jonka tiedetään olevan CO2) ja vuorovaikuttavat emästen kanssa muodostaen neutraaleja aineita., Vuonna 1815, Humphry Davy vaikutti suuresti kehitystä modernin happo-emäs-käsitteen osoittamalla, että vety on olennainen osatekijä happoja. Samoihin aikoihin, Joseph Louis Gay-Lussac päätellä, että hapot ovat aineita, jotka voivat neutraloida perusteet, ja että nämä kaksi luokkaa aineet voidaan määritellä vain suhteessa kunkin muut., Merkitys vety oli tähdennetty jälleen vuonna 1884, kun Svante Arrhenius määritelty happo on yhdiste, joka liukenee veteen tuottaa vetyä kationeja (nyt tunnustettu olevan hydronium-ioneja) ja pohja kuin yhdiste, joka liukenee veteen tuottaa hydroksidi-anioneja.

Johannes Brønsted ja Thomas Lowry ehdotti yleisempi kuvaus vuonna 1923, jossa hapot ja emäkset määriteltiin kannalta siirto vetyioneja, H+., (Huomaa, että nämä vety-ionit ovat usein kutsutaan yksinkertaisesti protoneja, koska että hiukkanen on vain osa kationeja johdettu yleisin vedyn isotooppi, 1H.) Aine, joka luovuttaa protonin toiseen yhdiste on nimeltään Brønsted-Lowry happo, ja aine, joka vastaanottaa protonin kutsutaan Brønsted-Lowry pohja. Happo – emäsreaktio on siis protonin siirtyminen luovuttajasta (haposta) hyväksyttäväksi (emäksestä).

konjugaattiparien käsite on hyödyllinen kuvaamaan Brønsted-Lowry-happo-emäsreaktioita (ja myös muita palautuvia reaktioita)., Kun happo luovuttaa H+ – lajia, jota edelleen kutsutaan konjugaatiksi pohjan happo, koska se reagoi protonin tunnustaja vuonna käänteinen reaktio. Samoin kun emäs hyväksyy H+: n, se muuntuu konjugaattihapoksi. Veden ja ammoniakin välinen reaktio havainnollistaa tätä ajatusta. Eteenpäin, veden toimii happoa lahjoittamalla protoni ammoniakkia ja myöhemmin tulossa hydroksidi-ioni, OH−, konjugaatti pohja vettä. Ammoniakki toimii emäksenä hyväksyessään tämän protonin muuttuen ammoniumioniksi, NH4+,NH4+, ammoniakin konjugaattihapoksi., Käänteisessä suunnassa hydroksidi-ioni toimii emäksenä hyväksyessään ammoniumionista protonin, joka toimii happona.

reaktio välillä Brønsted-Lowry happo ja vesi on nimeltään acid ionisaatio. Esimerkiksi, kun vetyä, fluoria liukenee veteen ja ionizes, protonit siirtyvät fluorivety molekyylejä veden molekyylit, saadaan hydronium-ioneja ja fluoridi-ioneja:

Base ionisaatio laji ilmenee, kun se hyväksyy protonit vedestä molekyylejä., Alla olevassa esimerkissä, pyridiini molekyylejä, C5NH5, tehdään pohja ionisaatio kun liuotetaan veteen, jolloin saadaan hydroksidi-ja pyridinium ioneja:

edellisen ionisaatio reaktiot viittaavat siihen, että vesi voi toimia sekä pohja (koska sen reaktio, jossa vetyä, fluoria) ja hapon (kuten sen reaktio ammoniakin). Lajeja pystyy joko lahjoittamalla tai hyväksyä protonit ovat nimeltään amphiprotric, tai yleisemmin, amfoteeriset, termi, jota voidaan käyttää happoja ja emäksiä per määritelmät muita kuin Brønsted-Lowry yksi., Yhtälöt esitetään kaksi mahdollista happo-emäs-reaktiot kaksi amphiprotic lajeja, bikarbonaatti-ioni ja vesi:

ensimmäinen yhtälö edustaa reaktio bikarbonaatti kuin happo vedellä kuin pohja, kun taas toinen edustaa reaktio bikarbonaatti kuin pohja vedellä, koska happo., Kun bikarbonaatti-on lisätty vettä, sekä näitä tasapainoja on perustettu samanaikaisesti ja koostumus saatu liuos voidaan määrittää sopiva tasapaino laskelmat, kuten on kuvattu myöhemmin tässä luvussa.

neste valtio, molekyylejä on amphiprotic aine voi reagoida keskenään, kuten on esitetty veden yhtälöitä alla:

prosessi, joka, kuten molekyylit reagoivat tuotto-ioneja kutsutaan autoionization., Nestemäisen veden läpi autoionization erittäin vähäisessä määrin; 25 °C, noin kaksi jokaista miljardia veden molekyylit ovat ionisoituneet. Missä määrin vettä autoionization prosessi näkyy arvo sen tasapainon vakio, ioni-tuotteen jatkuva veden, Kw:

hieman ionisaatio puhdasta vettä näkyy pieni arvo tasapaino vakio; 25 °C, Kw arvo on 1.0 ×× 10-14., Prosessi on endoterminen, joten laajuus ionisaatio ja tuloksena pitoisuudet hydronium-ja hydroksidi-ioni ioni lisääntyvän lämpötilan noustessa. Esimerkiksi 100 °C: ssa, arvo Kw on noin 5,6 ×× 10-13, noin 50 kertaa suurempi kuin arvo lämpötilassa 25 °C.