Глава 4

ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ

4.1. Важнейшие теории кислот и оснований

Первая научная теория кислотности была предложена в 1780-х годах А. Лавуазье. Согласно данной теории все кислоты должны были обязательно содержать атом кислорода, что и было отражено в назва­нии этого элемента.

OXYGENIUM

«gennao» - рождаю

«oxys» - кислый

В 1816 году Г. Дэви высказал предположение, что в состав ки­слот должен обязательно входить атом водорода. В 1833 году Ю. Ли- бих уточнил это определение - кислота - вещество, в состав которого входят атомы водорода, способные замещаться атомами металла.

HCl ^ H+ +Cl^-

В 1880-х годах С. Аррениус и В. Оствальд предложили ионную теорию кислот и оснований,согласно которой

NaOH ^Na+ + OH^-

электролиты, при диссоциации которых в водном растворе в качестве катионов образуются только катионы водорода электролиты, при диссоциации которых в водном растворе в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы

нейтрализация (образование соли и воды)

нейтрализация ►

NaOH + HCl^ NaCl+ H₂O NaOH+ CH₃COOHг CH₃COONa+ H₂O

I гидролиз

слабый электролит

В 1923 году почти одновременно появились ещё 2 теории кислот и оснований. Автором первой были датский химик И.Н. Брёнстед и английский химик Т.М. Лоури, а второй - американский физикохимик RH. Льюис. Согласно теории Брёнстеда - Лоури, названной протоли- тической теорией кислот и оснований:

не существует в растворе в свободном виде, а связывается с молекулами растворителя

Кислоты, основания и амфолиты могут быть как электроней­тральными, так и иметь заряд.

HCl, CH₃COOH

кислоты

_п3+"

NH₄ ,[Al(H2O)6]^J

2-

CO

NH₃

основания

HCO₃

амфолиты

2

4

H2NCH2COOH, NH4CN

Кислотно-основное взаимодействие заключается в обратимом переносе протона от кислоты к основанию. Кислоты и основания су­ществуют как сопряжённые пары. В процессе взаимодействия друг с другом кислота и основание не исчезают, например, образуя соль, а превращаются в новое основание и новую кислоту.

сопряжённая кислота

основание

содержит на 1протон больше, чем исходное основание

Л

+i'' Cl

HCl ) + i NH₃)

кислота

содержит на 1 протон меньше, чем исходная кислота

сопряжённое основание

(на)/' ci^-)(nh4

V

сопряжённые кислотно-основные пары

NH₃ ■

^ >

J

Понятие «соль» в протолитической теории вообще не используется и, тем более, отсутствует понятие «гидролиз соли». Так, например, тот факт, что раствор NH₄Cl имеет слабокислую среду, объясняется не гидролизом данной соли с образованием слабого электролитаNH₄OH и сильного электролитаHCl, а тем, что катион аммония является слабой кислотой. Более того, никакого «сла­бого электролита»NH₄OH на самом деле не существует (связь между атомами кислорода и азота не может быть ковалентной, так как азот не бывает пяти­валентным).

Согласно теории Льюиса, названнойэлектронной теорией ки­слот и оснований

акцептор электронной пары

донор электронной пары

основание

нейтрализация (образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму)

AlCl₃+ Cl^-г [AlCl₄]^-

Основания Брёнстеда и основания Льюиса представляют собой одни и те же соединения, понятие «кислота» согласно протолитической и электронной теориям отличается.

В аналитической химии преимущественно используется прото- литическая теория. Это связано с тем, что теория Льюиса имеет слиш­ком общий характер и её трудно применить для количественных рас­чётов.