- •Лекция 10 Протолитическая теория кислот и оснований
- •1. Общая характеристика
- •2. Классификация кислот
- •3. Протолитические реакции
- •4. Вода как протонный растворитель
- •5. Сила кислот и оснований
- •Ионизация – реакция кислоты или основания с водой, сопровождающаяся увеличением абсолютной величины заряда:
- •Гидролиз – реакции заряженных кислот и оснований с водой, в ходе которых происходит понижение абсолютной величины заряда:
- •Нейтрализация – реакция переноса протона от кислоты к основанию, в ходе которой среда изменяется в направлении точки нейтральности.
2. Классификация кислот
В общем виде кислоту как донор протона обозначают символом НВ. Кислота может не иметь заряда (моле-кулярная кислота), но может быть как катионом так и анионом. Основание как акцептор протона обозначается символом :В или просто В. Наличие свободной электронной пары у основания обязательно. В таблице приведены примеры кислот с разными зарядами. В качестве примеров оснований можно взять те же частицы, лишенные одного протона. В скобках в таблице даны вещества, в состав которых входят электрически заряженные кислоты и основания. Все эти вещества относятся к классу солей. Для катионной частицы в качестве противоиона чаще всего берут Cl–, а для анионной – Na+. Можно брать и другие анионы сильных кислот и катионы сильных оснований.
|
Молекулярные |
Катионные |
Анионные |
Кислоты |
HCl, HF, H2SO4, CH3COOH, C2H5OH |
NH4+ (NH4Cl), RNH3+ (RNH3Cl) |
HSO4– (NaHSO4), H2PO4– (NaH2PO4) |
Основания |
NH3, RNH2 |
NH2CH2CH2NH3+ (NH2CH2CH2NH3Cl) |
OH– (NaOH), O2– (Na2O), NH2– (NaNH2), C2H5O– (C2H5ONa), Cl– (NaCl), F– (NaF), CH3COO– (NaCH3COO), HSO4– (NaHSO4), |
Амфолиты |
RCH(NH2)COOH, Zn(OH)2 , белки, H2O |
Al(OH)2+ (Al(OH)Cl2) |
HCO3– (NaHCO3) |
Если вещество может (в зависимости от свойств второго реагента) как отдавать, так и связывать протон, то оно называется амфолитом. Амфолитами являются некоторые гидроксиды металлов, кислые и основные соли, аминокислоты, белки. Протонные растворители (в том числе вода) также амфолиты.
Различают разновидности кислот по природе атома, с которым связан протон:
ОН-кислоты – самые многочисленные. Это кислоты, образующиеся при соединении оксидов неметаллов с водой, органические карбоновые кислоты и др.
Галоген-Н кислоты – практически важны, но не многочисленны, так как галогены одновалентны. Есть галоген-Н кислоты среди комплексных соединений.
SH-кислоты – слабые (Н2S, RSH). Имеют важное биологическое значение. Такой кислотой является ацетил-кофермент-α. Кислотами являются также селеноводород и теллуроводород.
СН, NH-кислоты – слабые, возникают при сильном мезомерном эффекте. Как примеры можно назвать трифенилметан, циановодород и пиррол.
3. Протолитические реакции
Центральным понятием протолитической теории является протолитическая реакция. Это реакция переноса протона от кислоты к основанию. Первоначально было предложено так называть перенос протона от молекулы кислоты к молекуле растворителя. Прочие реакции переноса протона называли прототропными. В последнее время протолитическими называют любые реакции переноса протона.
После потери протона оставшаяся часть молекулы кислоты становится основанием. Вместе они составляют сопряженную кислотно-основную пару. Такие пары частиц записывают в виде дроби: HCl/Cl– , H2SO4/HSO4–, NH4+/NH3.
H+
Cопряженная к-о пара
+ = +
Cопряженная к-о пара
H+
Куда смещено равновесие? Вправо, если кислота сильнее, чем . Можно говорить и о силе основания: равновесие смещено вправо, если основание сильнее, чем .