14.1 Brønsted-Lowry Savak, illetve Bázisok

A sav-bázis reakció osztály vizsgálták egy ideje., 1680-ból, Robert Boyle jelentett tulajdonságok savas oldatok, amely tartalmazza a képesség, hogy feloldódjon sok anyagok, a színek módosítása bizonyos természetes színezékek, elveszíteni, hogy ezek a vonások után érintkező alkáli (alap) megoldások. A tizennyolcadik században felismerték, hogy a savak savanyú ízűek, mészkővel reagálnak, hogy gáznemű anyagot szabadítsanak fel (ma CO2-ként ismert), és kölcsönhatásba lépnek a lúgokkal, hogy semleges anyagokat képezzenek., 1815-ben Humphry Davy nagyban hozzájárult a modern sav-bázis koncepció fejlődéséhez, bizonyítva, hogy a hidrogén a savak alapvető alkotóeleme. Ugyanebben az időben Joseph Louis Gay-Lussac arra a következtetésre jutott, hogy a savak olyan anyagok, amelyek semlegesítik a bázisokat, és hogy ez a két anyagcsoport csak egymás szempontjából határozható meg., A hidrogén jelentőségét 1884-ben újra hangsúlyozták, amikor Svante Arrhenius egy savat olyan vegyületként definiált, amely vízben oldódik, hogy hidrogén kationokat (ma hidroniumionoknak ismerik el), és egy bázist olyan vegyületként, amely vízben oldódik, hogy hidroxid anionokat adjon.

Johannes Brønsted és Thomas Lowry 1923-ban egy általánosabb leírást javasolt, amelyben savakat és bázisokat határoztak meg a hidrogénionok, a H+átvitelére vonatkozóan., (Megjegyzendő, hogy ezek a hidrogén ionok gyakran nevezik egyszerűen, mint a protonok, mivel a szubatomi részecske az egyetlen eleme a kationok származik a legnagyobb mennyiségben hidrogén izotóp, 1H.) Egy vegyület, ami adományoz egy proton egy másik vegyület úgynevezett Brønsted-Lowry sav, illetve egy vegyület, amely elfogadja, hogy egy proton egy úgynevezett Brønsted-Lowry bázis. A sav-bázis reakció tehát egy proton donorból (savból) egy akceptorra (bázisra) történő átvitele.

a konjugált Párok fogalma hasznos a Brønsted-Lowry sav-bázis reakciók (valamint egyéb reverzibilis reakciók) leírásában., Amikor egy sav h + – ot adományoz, a megmaradt fajt a sav konjugált bázisának nevezik, mert a fordított reakcióban proton-akceptorként reagál. Hasonlóképpen, ha egy bázis elfogadja a H + – ot, akkor konjugált savvá alakul. A víz és az ammónia közötti reakció jól szemlélteti ezt az elképzelést. Előrefelé a víz savként működik, mivel protont ad az ammóniának, majd hidroxid-ionvá válik, OH -, a víz konjugált bázisává. Az ammónia bázisként működik ennek a protonnak az elfogadásában, ammónium-ion,NH4+, NH4+, az ammónia konjugált savává válik., Fordított irányban egy hidroxid-ion bázisként működik az ammónium-ionból származó proton elfogadásában, amely savként működik.

a Brønsted-Lowry sav és a víz közötti reakciót savas ionizációnak nevezzük. Például, amikor a hidrogén-fluorid vízben oldódik és ionizálódik, a protonok hidrogén-fluorid molekulákból vízmolekulákba kerülnek, hidroniumionokat és fluoridionokat hozva létre:

egy faj Bázisionizációja akkor fordul elő, amikor protonokat fogad el vízmolekulákból., Az alábbi példa, piridin molekulák, C5NH5, alávetni bázis ionizációs amikor a vízben oldott, lágy-hidroxid, valamint piridinium-ionok:

Az előző ionizációs reakciók arra utalnak, hogy a víz lehet a funkciója, mint mind a bázis (mint a reakcióban hidrogén-fluorid), valamint savas (mint a reakció ammónia). A protonok adományozására vagy elfogadására alkalmas fajokat amphiprotricnak, vagy általánosabban amfoterikusnak nevezik, amely a Brønsted-Lowry-tól eltérő definíciók szerint savakra és bázisokra használható., Az alábbi egyenletek mutatják, hogy a két lehetséges sav-bázis reakciók két amphiprotic faj, hidrogén-karbonát-ion víz:

Az első egyenletet jelenti, hogy a reakció-hidrogén-karbonát, mint egy savas vízzel, mint a bázis, mivel a második képviseli reakció a hidrogén-karbonát, mint a bázis a víz, mint a sav., Ha bikarbonátot adunk a vízhez, mind ezeket az egyensúlyokat egyidejűleg állapítjuk meg, és a kapott oldat összetételét megfelelő egyensúlyi számítások segítségével határozhatjuk meg, amint azt később ebben a fejezetben leírtuk.

folyékony állapotban az amfiprotikus anyag molekulái reagálhatnak egymással, amint azt az alábbi egyenletekben a víz szemlélteti:

az a folyamat, amelyben a hasonló molekulák reagálnak a hozamionokra, autoionizációnak nevezzük., A folyékony víz nagyon kis mértékben autoionizálódik; 25 °C-on minden milliárd vízmolekulából körülbelül kettő ionizálódik. Amennyiben a víz autoionization folyamatot tükrözi az értéket, az egyensúlyi állandó, az ion-termék állandó víz, Kw:

A kis ionizációs tiszta vízben tükröződik a kis értéke az egyensúlyi állandó; 25 °C-on Kw értéke 1.0 ×× 10-14., Az eljárás endoterm, így az ionizáció mértéke, valamint a hidrónium-ion és a hidroxid-ion koncentrációja a hőmérséklettel nő. Például 100 °C-on a Kw értéke körülbelül 5,6 ×× 10-13, nagyjából 50-szer nagyobb, mint a 25 °C-os érték.