Теоретическое обоснование_занятие2_модуль2. Лекция 2 Учение о растворах. Теории растворов слабых и сильных электролитов. Протонная теория кислот и оснований
 Скачать 112.67 Kb.
|
|
Протонная (протолитическая) теория кислот и оснований Протонная теория кислот и оснований была разработана в 1923 г. И.Бренстедом и Т.Лоури. Основные положения. 1. Кислоты - это нейтральные молекулы или ионы, способные отдавать протон (доноры протонов). Основания - это нейтральные молекулы или ионы, способные присоединять протон (акцепторы протонов). 2. В зависимости от партнера вещество может быть или основанием или кислотой.
Кислота превращается в основание, которое называют сопряженным этой кислоте, основание превращается в сопряженную ему кислоту. 3. Протолитическая реакция — это перенос протона от кислоты к основанию. В любой протолитической реакции имеем две пары: кислота и сопряженное ей основание; основание и сопряженная ему кислота.
4. Протон в водных растворах существует в виде иона гидроксония Н3О+. Классификация кислот. 1. Нейтральные кислоты:Н2О, HCl, H2SO4, HClO4 и другие 2. Катионные кислоты: H3O+,  , (CH3)3HN+3. Анионные кислоты:  Классификация оснований 1. Нейтральные основания: H2O, NH3, C2H5OH и другие 2. Анионные основания: Cl— , CH3COO— , OH— 3. Катионные основания: продукты неполного протонирования оснований, например,ион гидразиниум H2N–  .Классификация растворителей. Все растворители, согласно теории, делятся на апротонные и протолитические. Апротонные не содержат протонов и не могут служить донoрами протонов. К апротонным растворителям относятся CCl4, CS2. Протолитические растворители делятся на три группы: 1. Протогенные. Способны отдавать протоны. К ним относятся H2SO4, HNO3 и другие. 2. Протофильные. Способны принимать протоны. К ним относятся жидкий аммиак, амины и другие. 3. Амфипротонные. Способны принимать и отдавать протоны. К ним относятся H2O, C2H5OH и другие. Количественная оценка силы кислот и оснований. Для водных растворов кислот и оснований силу кислот (НА) и оснований (В) устанавливают относительно воды. НА + Н2О ⇄ А– + Н3О+; В + Н2О ⇄ НВ+ + ОН– О силе кислот и оснований судят по значениям констант диссоциации Кд(кислоты) и Кд(основания). Кд(кислоты) =  ; Кд(основания) =  ; Для водных растворов сильных кислот и оснований в выражения констант диссоциации входят не молярные концентрации, а соответствующие активности. Чем больше значение Кд(кислоты), тем сильнее кислота. Чем больше Кд(основания), тем сильнее основание. Обычно на практике приводят не величины Кд(кислоты), Кд(основания), а их логарифмы, взятые с обратным знаком, которые обозначаются рК(кислоты), рК(основания) соответственно: рК(кислоты) = –lgKд(кислоты), pK(основания) = – lg Kд(основания). Чем больше рК(кислоты), тем слабее кислота; чем меньше рК(кислоты), тем сильнее кислота. Чем больше рК(основания), тем слабее основание; чем меньше рК(основания), тем сильнее основание. В настоящее время со всей определенностью можно утверждать, что одно и то же вещество в зависимости от растворителя, в котором оно растворено, может быть отнесено к классу сильных или слабых электролитов. Многосторонние исследования показали, что некоторые вещества, которые ведут себя как кислоты в среде одного растворителя, в другом проявляют себя как основания. Сила кислоты или основания зависит от сродства молекул растворенного вещества и растворителя к протону и от прочности связи водорода в их молекулах. Для примера рассмотрим ионизацию уксусной кислоты в разных протолитических растворителях. 1. В протогенном растворителе (в безводной серной кислоте) СН3СООН присоединяет протон растворителя, т.е. реагирует как основание: СН3СООН + H2SO4 ⇄ CH3COO +  основание1 кислота 2 кислота1 основание 2 2. В амфипротонном растворителе (в воде) СН3СООН частично ионизирует, т.е. реагирует как слабая кислота: СН3СООН + H2О ⇄ CH3COO– + Н3О+ кислота 1 основание 2 основание 1 кислота 2 3. Растворение СН3СООН в протофильном растворителе (в жидком аммиаке) приводит к полной ионизации уксусной кислоты, т.е. СН3СООН будет проявлять свойства сильной кислоты: СН3СООН + NH3 ⇄ CH3COO– +  кислота 1 основание 2 основание 1 кислота 2 Таким образом, ионизация кислоты или основания представляет собой протолитическую реакцию с растворителем. Поэтому, кислотная сила растворенного вещества значительно увеличивается в протофильном (сильноосновном) растворителе. Чем сильнее основные свойства растворителя, тем сильнее его влияние на слабые кислоты. Все кислоты становятся одинаково сильными в основных (протофильных) растворителях. Например, в среде жидкого аммиака слабая уксусная кислота становится столь же сильной, как азотная кислота в водном растворе. Равным образом в протогенных (кислых) растворителях наблюдается сильное влияние растворителя на основания. Чем сильнее кислотные свойства растворителя, тем сильнее его влияние на слабые основания. Все основания становятся одинаково сильными в кислых (протогенных) растворителях. Даже уксусная кислота, характеризующаяся кислыми свойствами в водном растворе, проявляет основные свойства в среде безводной серной кислоты. Типы протолитических реакций Протолитические реакции сопровождаются переносом протона. 1. Реакция ионизации HCl + H2O ⇄ H3O+ + Cl– кислота 1 основание 2 кислота 2 основание 1 2.Реакция нейтрализации.  + ОН– ⇄  + Н2Окислота1 основание 2 основание1 кислота 2 3. Реакция гидролиза СН3СОО– + Н2О ⇄ СН3СООН + ОН– основание1 кислота2 кислота 1 основание2 Ионное произведение воды и водородный показатель Вода — очень слабый электролит и диссоциирует незначительно. Диссоциация Н2О – это протолитическая реакция: Н2О + Н2О ⇄ Н3О+ + ОН– основание 1 кислота 2 кислота1 основание 2 или упрощенно: Н2О ⇄ Н+ + ОН– Константа диссоциации воды при 298К, определенная методом электрической проводимости, равна: Кд(Н2О) =  = 1,8 10 16моль/лВода присутствует в большом избытке, ее концентрация [Н2О] может считаться постоянной и составляет 55,6 моль/л (1000 г : 18 г/моль = 55,6 моль). Объединяем две постоянные величины Кд(Н2О) и [H2O] в одну, получаем:  =[H+][OH–] = 1,8 1016 55,6 = 10 14Величину  называют ионным произведением воды. Эта величина постоянная при данной температуре. С ростом температуры ионное произведение воды увеличивается.Если [H+] = [OH ] = 10–7 моль/л, то это нейтральная среда. Если [H+] [OH], т.е. [H+] 107, то раствор имеет кислую среду. Если [H+][OH ], т.е. [H+] 10 7, то раствор имеет щелочную среду. |
+