Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Теория Бренстеда и Лоури.

В 1923 г. независимо друг от друга И. Бренстед и Т. Лоури пре­дложили новую, так называемую протолитическую теориюкислот иоснований, которую чаще называют просто теорией И. Бренстеда. Эта теория является стройным физико-химическим учением о кислотности-основности, в которой обобщен обширный материал о протолитических реакциях, протекающих в любых растворителях. Авторы этой теории считают, что электролитическая диссоциация кислот и оснований не является физическим процессом отщепления ионов Н⁺ и ОН^–, как это вытекало из теории Аррениуса, а есть результат химического взаимодействия растворенного вещества с растворителем. Например:

Явление распада вещества на ионы в результате химического взаимодейс­твия с растворителем может быть проиллюстрировано растворением различных аминов в органических кислотах. Как известно, ни амины, ни органичес­кие кислоты в чистом виде практически не диссоциированы. Если же смешать амины с органической кислотой, то (как впервые показал Д. П. Коновалов) полученный раствор будет хорошо проводить электрический ток, так как в процессе реакции образуются ионы:

R'NH₂ + RCOOH «[R'NH₃]⁺[RCOO]^– «R'NH₃⁺+ RCOO^–

Учитывая все эти факты, Бренстед называет кислотами вещества, которые способны отдавать протон (доноры протона):

кислота А основание В + Н⁺,

например, HClO₄ ClO₄^– + Н⁺

Основаниями, по Бренстеду, являются вещества, которые способны присоединять протон (акцепторы протона):

основание В + Н⁺ кислота А, например, NH₃ + H⁺ NH₄

Реакцию кислотно-основного взаимодействия Бренстед представляет следующей схемой:

кислота1+ основание2 основание1 + кислота2,
например, HCl + NH₃ Cl^– + NH₄⁺

В этом равновесии участвуют две пары кислот и оснований, именуемых И. Бренстедом корреспондирующими, т. е. сопряженными,или соответствующими. Так, в указанной реакции С1^--ион является сопряженным основанием кислоты НСl; NH₄⁺-ион – сопряженной кислотой основания NН₃. Таким образом, вещество может проявлять кислотность лишь при взаимодействии с основанием и, наоборот, основные свойства оно может обнаруживать только в присутствии кислоты. Бренстед проводит аналогию между кислотно-основными и окислительно-восстановительными реакциями. При окислительно-восстанови­тельных реакциях от восстановителя к окислителю пере­ходит электрон, а при кислотно-основных реакциях кислота отдает основанию протон. Подобно тому, как кис­лота, отдав протон, превращается в основание, восстановитель, потеряв электрон, становится окислителем.

восстановитель окислитель + электрон

кислота основание + протон

Как для протекания восстановительной реакции необходимо присутствие окислителя, принимающего электрон, так и для проявления кислотности вещества необходимо присутствие основания, способного принять протон. Таким образом, одно и то же вещество в зависимости от условий реакции может быть и кислотой, и основанием. Например, в приводимых ниже реакциях вода ведет себя как слабое основание, так как она является акцептором протона:

Но вода может проявлять и кислотные свойства, т.е. быть донором протона:

Уксусная или азотная кислоты ведут себя как кислоты по отношению к более слабым кислотам. Например, при взаимодействии уксусной кислоты с безводной азотной уксусная кислота действует как основание.

В свою очередь даже такая кислота как азотная по отношению к более сильной, например, хлорной кислоте (в водном растворе) ведет себя как основание:

Наглядным примером зависимости свойства вещества от партнера (раст­ворителя) служит мочевина, которая в жидком аммиаке ведет себя как кислота, в уксусной кислоте — как основание, а в воде — нейтральна. Вещества, способные легко присоединять к себе протоны, называются протофильными и являются основаниями. Если такие вещества служат растворителями, то называются протофильными растворителями (жидкий аммиак, амины). Чем сильнее выражена протофильность растворителя, тем большее число веществ, растворенных в нем, ведут себя как кислоты, тем отчетливее проявляется различие в их силе и тем меньшее число оснований способно существовать в этом растворителе.

Вещества, способные отдавать протоны, называются протогенными и являются кислотами (серная, азотная, уксусная кислоты). Если они являются раст­ворителями, то называются протогенными растворителями. Чем легче молекулы растворителя отдают протоны, тем большее число веществ сможет проя­вить в этом растворителе ос­новные свойства. Вода является типичным амфотерным раствори­телем. Она примерно с оди­наковой легкостью может присоединять и отдавать протон:

HNO₃ + H₂O H₃O⁺ + NO₃^–

NH₃ + H₂O NH₄⁺+ OH^–

По Бренстеду, существуют и так называемые апротонные растворители. Это вещества, которые или совсем не проявляют кислотные и основные свойства, или проявляют их очень слабо. Они не способны отдавать или принимать протоны. К таким растворителям Бренстедотносит бензол и большинство углево­дородов. Таким образом, теория кислот и оснований Бренстеда зна­чительно рас­ширила круг веществ, которые можно рассмат­ривать как кислоты или основания не только в воде, но и в не­водных средах. Протолитическая теория хорошо объясняет реакции кислотно-основного взаимодействия как в водных, так и в неводных системах, а также взаимодействие между кислотами раз­личной си­лы, чего невозможно было объяснить, опираясь на теорию Аррениуса

Однако дальнейшее развитие химической науки показало, что и эта теория является несовершенной, так как в ней не нашлось места апротонным кислотам. Между тем, на практике часто встречаются реакции, которые носят кислотно-основной характер, тогда как ни одно из участвующих в реакции веществ не является донором протона. Количественная теория кислот и оснований Бренстеда во многих слу­чаях не совпадает с опытными данными.