- •Е. С. Сашина, а. П. Михайловская, н. П. Новоселов Химия растворителей
- •Рецензенты:
- •Введение в химию растворителей
- •Историческая справка
- •Глава 1. Физико-химические основы поведения растворителей
- •1.1. Количественная оценка стабилизации растворенных веществ
- •1.2. Строение и структура растворителей и растворов
- •1.3. Межмолекулярные силы взаимодействия в системе «растворитель – растворенное вещество»
- •Глава 2. Классификация растворителей
- •2.1. Классификация растворителей по числу компонентов
- •2.2. Классификация по химическим классам
- •2.3. Классификация по физико-химическим свойствам
- •2.4. Классификация по кислотно-основным свойствам
- •2.5. Классификация по специфическому взаимодействию с растворенным веществом
- •Глава 3. Токсичность и экологическая опасность растворителей
- •Глава 4. Углеводородные растворители
- •4.1. Общая характеристика углеводородных растворителей
- •4.2. Получение углеводородных растворителей
- •4.3. Характеристика промышленно выпускаемых углеводородных растворителей
- •4.5. Токсичность и экологическая опасность углеводородных растворителей
- •4.6. Применение углеводородных растворителей
- •Глава 5. Галогенуглеводородные растворители
- •5.1. Хлоруглеводороды
- •5.2. Фторхлоруглеводороды
- •Глава 6. Кислородсодержащие растворители
- •6.1. Спирты и фенолы
- •6.2. Кетоны
- •6.3. Карбоновые кислоты и их производные
- •6.4. Эфиры
- •Глава 7. Экспериментальные методы определения основных физико-химических свойств растворителей
- •7.1. Определение точки кипения
- •7.2. Определение плотности растворителя
- •7.3. Определение вязкости растворителей
- •7.4. Определение давления насыщенного пара и энтальпии испарения
- •Глава 8. Химическая чистка одежды при помощи органических растворителей
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Химия растворителей Конспект лекций
- •191028, Санкт-Петербург, ул. Моховая, 26
2.4. Классификация по кислотно-основным свойствам
Эта классификация является определяющей при выборе растворителя для химических процессов, так как практически все взаимодействия в химии могут быть рассмотрены с позиций кислотно-оснόвных взаимодействий.
Первое фундаментальное определение кислоты и основания принадлежит С. Аррениусу. Согласно этому определению, кислоты – это соединения, которые в растворе образуют ионы водорода Н+, а основание – ионы гидроксила ОНˉ:
HCl → Н+ + Clˉ (HCl – кислота)
КОН → ОНˉ + К+ (КОН – основание)
Эти представления верны лишь для процессов, проходящих в водных растворах. Более общее определение кислот и оснований дали А. Бренстед и Л. Лоури. По определению Бренстеда и Лоури, кислоты – это вещества, способные давать протоны (доноры протонов), а основания – вещества, способные связывать протоны (акцепторы протонов). Исходя из этого, растворители делят на кислотные (органические кислоты и нитросоединения – так называемые «псевдокислоты»), оснόвные (амины) и нейтральные (вода, спирты, четыреххлористый углерод и др.). В свою очередь, каждая из названных групп разделяется на слабополярные и сильнополярные.
Наиболее общая современная концепция кислот и оснований принадлежит Д. Льюису: основания – это соединения, имеющие неподеленную (свободную) электронную пару, а кислоты – соединения, способные связывать свободную электронную пару. В соответствии с данным определением кислотный характер приписывается также таким соединениям, как ионы металлов, AlCl3, ZnCl2 и другим, у которых на внешней электронной оболочке атома металла имеется незаполненная электронная орбиталь, способная к насыщению фиксацией пары электронов. Таким образом, согласно Льюису, кислоты – любые акцепторы электронов, а основания – доноры электронов. В соответствии с этим растворители можно разделить на льюисовские кислоты и основания, кислотность и оснόвность которых определяется электроноакцепторными и электронодонорными свойствами. В связи с этим самая всеобъемлющая классификация растворителей предусматривает разделение их на два класса – донорные (оснόвные) и акцепторные (кислотные). Вместе с тем, необходимо понимать, что относительность такого деления очевидна, так как способность молекул растворителя отдавать или принимать от партнера электронную пару зависит от свойств как растворителя, так и растворенного вещества. Донорные растворители – амины, амиды, спирты, альдегиды, кетоны, простые и сложные эфиры, сульфоксиды. Общим признаком донорных растворителей является преимущественная сольватация положительно заряженных частиц, характеризующихся дефицитом электронов. Акцепторные растворители преимущественно сольватируют частицы с избытком электронов. Акцепторные растворители делят на протонные, или протолитические (могут давать протон, например минеральные и органические кислоты, спирты, фенолы) и апротонные (уксусный ангидрид, нитробензол, нитрометан). Апротонные растворители не способны вступать в кислотно-оснόвное взаимодействие, связанное с переносом протона (углеводороды, гелогенпроизводные и пр.). Протолитические растворители способны к переносу протона и проявляют по отношению к растворенному веществу протонодонорную функцию. Вода и спирты могут выступать в роли как донора, так и акцептора электронов, в зависимости от того, с каким веществом они взаимодействуют (проявляют амфотерный характер). Мера оснόвности – донорное число DNSbCl5, которое определяется количеством теплоты, выделяющейся при смешении моля растворителя с молем пятихлористой сурьмы. Акцепторное число AN определяют по химическому сдвигу ядра фосфора в ЯМР-спектрах растворов оксида триэтилфосфина (С2Н5)3РО в данном растворителе.
В свете донорно-акцепторных взаимодействий растворение сопровождается образованием молекулярных комплексов (сольватов) за счет взаимодействий кислот Льюиса с основаниями Льюиса.