Protolitična teorija kislin in Bronsted-Lowry baz

Protolitična teorija kislin in baz je na robu dveh ved naenkrat: fizika in kemija. S svojo pomočjo so opisane lastnosti in narava vseh baz in kislin. Znanstveniki so razdeljeni v dva razreda snovi, ki medsebojno kombinirajo.

Problem teorije

Protolitična teorija kislin in baz pomaga rešiti pomemben problem: napovedati, katere proizvode nastanejo zaradi njihove interakcije in kako se bo ta reakcija nadaljevala. Za to izvedenci uporabljajo kvantitativne in kvalitativne lastnosti kisline in baze.

V tem primeru obstaja več teorij, ki različno razlagajo, kaj so kisline in baze. Na različne načine ocenjujejo njihove druge značilnosti. V končni analizi je odvisno, kakšen bo rezultat reakcije.

Konceptualni kemični sistemi

Protolitična teorija kislin in baz je izjemno priljubljena, ko je treba ugotoviti, kako v naravi vplivajo. Veliko se uporablja v industrijski praksi in na znanstvenem področju. Teoretično poznavanje posledic interakcije baz in kislin določi oblikovanje konceptualnih sistemov kemije, vplivajo na vse vrste teoretičnih konceptov v skoraj vseh kemijskih disciplinah.

Razvoj znanja o medsebojnih vplivih kislin in baz

Protolitična teorija kislin in baz je ena od temeljnih elementov v kemiji. Ključne koncepte so najprej oblikovali znanstveniki v 17. stoletju. Istočasno se je njihova vsebina po tem spremenila večkrat in je bila spremenjena.

Angleški kemik iz sedemnajstega stoletja Robert Boyle je verjel, da so kisline telesa, katerih atomi imajo ostre izbokline in osnove so njihove pore. Zato se po njegovem mnenju celotna nevtralizacijska reakcija zmanjša na dejstvo, da so kislinski iztrebki prodrli v pore baz.

Teorijo kislin in baz je najprej predlagal francoski farmacevt Nicola Lemeri. Leta 1675 je objavil "Kemijski tečaj", v katerem je podrobno opredelil kemične in fizikalne lastnosti snovi glede na njihovo obliko in strukturo. Lemery je predstavljal, da imajo kisline ostre bodečine, zaradi katerih se pojavi nelagodje na koži. Bazo je krznil z alkalijami, ob predpostavki, da je njihova struktura porozna. Posledično nastanejo nevtralne soli.

Že v 18. stoletju je drugi francoski naravoslovec Antaun Lavoisier povezal lastnosti kislin z prisotnostjo atomov kisika v njihovi sestavi. Njeno neuspeh je pokazal angleški kemik Humphry Davy in njegov francoski kolega Joseph Louis Gay-Lussac, ki je določil številne kisline, ki niso vsebovale kisika. Med njimi so bili halogenirani vodik ali vodikov cianid. Istočasno je bilo ugotovljeno veliko število spojin, ki vsebujejo kisik, ki niso imele lastnosti kislin.

Sodobne predstavitve

Koncept protolitične teorije kislin in baz se je v 19. stoletju znatno spremenil. Kemiki so kot kisline začeli upoštevati samo tiste snovi, ki so sposobne interakcije s kovinami in sproščanjem vodika. Take ugotovitve je dosegel nemški znanstvenik Justus von Liebig leta 1839. To je on, ki velja za enega od ustanoviteljev agrokemije in organske kemije.

Vzporedno z njim je švedski mineraloginja Jens Jacob Berzelius oblikovala idejo, da je treba na kisline sklicevati na negativne okside nemetalov, medtem ko so oksidi s pozitivnim nabojom osnove. To je pomagalo razložiti osnovne lastnosti kislin in baz. Zato je kislina in osnovnost Švedov šteta kot funkcionalna lastnost spojin. Tisti, ki je prvič na svetu poskušal napovedati končno moč snovi, ki jih razmišljamo.

Glavne določbe protolitične teorije o kislinah in bazah so bile oblikovane po objavi dela drugega švedskega kemika, Svantea Augusta Arrheniusa. Leta 1887 je povzel teorijo disociacije električne energije. Po njej je bila resnična priložnost opisati lastnosti kislin in baz, ki temeljijo na produktih ionizacije elektrolitov. In zahvaljujoč prispevku rusko-nemškega kemika Wilhelma Friedricha Ostwalda, je bila teorija oblikovana za šibke elektrolite.

V dvajsetem stoletju so ameriški znanstveniki Cady, Franklin in Kraus upravičili teorijo solvosistemov. Začelo se je uporabljati tako za določbe Arruniusa in Ostwalda kot tudi za vsa druga topila, ki bi se lahko povezala sami.

Danes je protolitična teorija kislin najbolj v celoti določila Dane Johannes Nicolaus Brønsted in ameriški Gilbert Newton Lewis, ki sta se ukvarjala tudi z jedrsko fiziko in termodinamiko.

Liebigova teorija

Po teoriji vodika Liebig je kislina snov, ki lahko reagira s kovinami, zaradi česar nastane vodik. V tem primeru koncept "ustanove" Liebig sploh ni vstopil.

Vodik in sol nastanejo kot posledica reakcije. Pri reakciji z močnimi kislinami reakcijo manifestirajo s kovinami. Danes se teorija uporablja le za napovedovanje interakcije snovi, ki vsebujejo vodik, s kovinami v topilih.

Teorija Arrhenius-Ostwald

Razumemo, kakšna je protolitična teorija kislin in baz iz Arrhenius-Ostwald, ugotavljamo, da so vse snovi, ki tvorijo katione vodika v vodni raztopini, obravnavane kot kisline v njej. V tem primeru se kot osnove štejejo samo snovi, s katerimi je v vodni raztopini dobljen kovinski ali amonijev kation.

Zaradi reakcije nastane voda in sol. Odvisnost je opaziti, kadar močne kisline komunicirajo z močnimi bazami. Na podlagi te teorije je bilo mogoče utemeljiti delitev elektrolitov, uvedli pa smo tudi določitev vodikovega indeksa, ki je bil razširjen na alkalne medije. Uporablja se tudi pri hidrolizi soli in baz, ki vsebujejo soli. Vendar pa manj pogosto. Bistvo je, da to zahteva zapletene izračune. Medtem ko je protonska teorija precej enostavnejša.

Teorija Bronsted-Lowry

Protolitska teorija kislin in baz Bronsted-Lowryja se je prvič pojavila leta 1923. Bronsted in Lowry sta ju formulirali neodvisno drug od drugega. Znanstveniki so združili koncepte kislin in baz v eno samo celoto.

Po njihovih idejah so kisline molekule ali ioni, ki v reakciji opravljajo vlogo donatorjev protonov. Hkrati so osnove le tiste molekule ali ioni, ki so sposobni pritrditi protone. V tej teoriji so bile kisline in baze določeni protoliti. Kaj je bistvo?

Protolitična teorija kislin in baz v kemiji se zmanjša za prenos protonov iz kisline v bazo. In v tem času se je kislina, ki je izgubila proton, sama spremenila v bazo. In ona lahko že dodaja nov proton. Osnova v tem trenutku postane kisla, tvorba protoniranega delca.

Zato v vsakem medsebojnem delovanju snovi, ki jih razmišljamo, sodeluje dva para baz in kislin. Bronsted jih imenuje konjugiranih. To so glavne določbe, ki nam omogočajo oblikovanje protolitične teorije kislin in baz. Protolitične reakcije v tem primeru potekajo na dva načina, kajti vsaka snov, odvisno od pogojev, je lahko kisla in baza.

Kasneje je Bronsted razvil teorijo kislinske bazne katalize, Lowry pa je deloval na optični aktivnosti organskih spojin.

Teorija solvosistemov

Teorija solvosistemov se je pojavila med razvojem idej, ki so jih predstavili Arrhenius in Ostwald. Najpogosteje se uporablja pri reakcijah s protonskimi topili. Tri Američani so mu ponudili - Cady, Franklin in Kraus.

V skladu s to hipotezo je osnova ionsko topilo. Ima sposobnost razpadanja v posamezne ione v odsotnosti topila. V tem primeru je kation in anion. Prvi je litij-ion, drugi je litij-ion. Protonsko topilo, uporabljeno v reakciji, lahko prenese proton iz katerekoli nevtralne molekule tekočine v drugo. Posledično nastane enaka količina anionov in kationov.

Produkt te reakcije je topilo in sol.

Ta teorija se uporablja za napovedovanje reakcij med kislinami in bazami v vseh topilih. Te procese je mogoče nadzorovati tudi s topilom. Teorija podrobno opisuje lastnosti snovi, ki ne vsebujejo kisika in vodika.

Teorija Lewisa

Teorija Lewisa je bila oblikovana leta 1923. Temelji na elektronskih predstavitvah, ki so bile takrat na voljo v znanosti. Z njihovo pomočjo je bilo mogoče maksimalno razširiti definicijo baze in kisline.

V kemiji je pojem "Lewisova kislina". Je ion ali molekula, ki ima proste elektronske orbitale, na katere lahko dobijo elektronski pari. Živahen primer so protoni - vodikovih ionov, pa tudi ionov nekaterih kovin, nekaterih soli in snovi.

Če v Lewisovi kislini ni vodika, se imenuje aprotični.

Teorija Usanoviča

Najobičajnejšo teorijo o kislinah in bazah leta 1939 je oblikoval sovjetski kemik Mikhail Usanovič.

Temelji na pojmu, da bo vsaka interakcija med kislino in bazo vodila do reakcije soli. Tako je kislina opredeljena kot delec, ki cepi kations od sebe, vključno s protoni, in dodaja tudi anione in, prvič, elektrone zanje.

Hkrati je osnova delec, ki ima sposobnost pritrditve protonskega ali kakega drugega kationa k sebi. Lahko pa damo tudi elektron ali anion. Temeljna razlika od teorije Lewisa je, da osnova definicij "baze" in "kisline" ni struktura njihove elektronske lupine, temveč znak nabora njihovih delcev.

Vendar pa v teoriji Usanoviča obstajajo pomanjkljivosti. Glavno od njih - veliko število generalizacij in mehke besede osnovnih pojmov. Poleg tega ta teorija ne omogoča kvantitativnih napovedi posledic interakcije kislin in baz.