Протолитическая тэорыя кіслот і падстаў Бренстеда-Лоўры

Протолитическая тэорыя кіслот і падстаў знаходзіцца на мяжы адразу двух навук - фізікі і хіміі. З яе дапамогай апісваюцца ўласцівасці і прырода ўсіх падстаў і кіслот. Навукоўцамі яны падпадзяляюцца на два класа рэчываў, якія ўзаемадзейнічаюць адзін з адным.

задача тэорыі

Протолитическая тэорыя кіслот і падстаў дапамагае вырашыць важную задачу: прадказаць, якія прадукты ўтвараюцца ў выніку іх узаемадзеяння і якім чынам будзе працякаць гэтая рэакцыя. Для гэтага экспертамі прымяняюцца колькасныя і якасныя асаблівасці кіслаты і падставы.

Пры гэтым існуе некалькі тэорый, якія па-рознаму трактуюць, што такое кіслаты і падставы. Па-рознаму яны ацэньваюць і іншыя іх характарыстыкі. У канчатковым рахунку ад гэтага залежыць, якім будзе вынік рэакцыі.

Канцэптуальныя хімічныя сістэмы

Протолитическая тэорыя кіслот і падстаў вельмі папулярная, калі трэба даведацца, як яны ўзаемадзейнічаюць у прыродзе. Яе шырока ўжываюць у вытворчай практыцы і навуковай сферы. Тэарэтычныя веды аб наступствах ўзаемадзеяння падстаў і кіслот вызначаюць фарміраванне канцэптуальных сістэм хіміі, уплываюць на разнастайныя тэарэтычныя канцэпцыі практычна ва ўсіх хімічных дысцыплінах.

Эвалюцыя ведаў пра ўзаемадзеянні кіслот і падстаў

Протолитическая тэорыя кіслот і падстаў ставіцца да адной з фундаментальных ў хіміі. Ключавыя паняцці былі ўпершыню сфармуляваны навукоўцамі яшчэ XVII стагоддзі. Пры гэтым іх ўтрыманне пасля гэтага шматкроць змянялася і пераглядалася.

Англійская хімік XVII стагоддзя Роберт Бойль лічыў, што кіслотамі з'яўляюцца цела, атамы якіх валодаюць вострымі выступамі, а падставы - гэта іх пары. Таму, паводле яго ўяўленняў, уся рэакцыя нейтралізацыі зводзіцца да таго, што выступы кіслаты пранікалі ў пары падстаў.

Упершыню тэорыю аб кіслотах і падставах прапанаваў французскі аптэкар Нікола Лемер. У 1675 годзе ён выпусціў "Курс хіміі", у якім падрабязна распісаў хімічныя і фізічныя ўласцівасці рэчываў зыходзячы з іх формы і структуры. Лемер ўяўляў сабе, што кіслоты валодаюць вострымі шыпамі, з-за якіх на скуры ўзнікаюць непрыемныя адчуванні. Падставы ён ахрысціў шчолачамі, мяркуючы, што іх будова порыстае. У выніку ўтвараюцца нейтральныя солі.

Ужо ў XVIII стагоддзі іншы французскі прыродазнавец Антаун Лавуазье звязаў ўласцівасці кіслот з прысутнасцю ў іх складзе атамаў кіслароду. Сваю безгрунтоўнасць гэтая гіпотэза прадэманстравала пасля таго, як англійская хімік Гемфри Дэйві і яго французскі калега Жозэф Луі Гей-Люссак выявілі шэраг кіслот, якія наогул не ўтрымлівалі кіслароду. Сярод іх былі галогеноводороды або прускім квасам. Пры гэтым выявілася вялікая колькасць кислородосодержащих злучэнняў, якія не валодалі ўласцівасцямі кіслот.

сучасныя ўяўленні

Паняцце аб протолитической тэорыі кіслот і падстаў значна змянілася ў XIX стагоддзі. Хімікі сталі лічыць кіслотамі толькі тыя рэчывы, якія здольныя ўзаемадзейнічаць з металамі і вылучаць вадарод. Да такіх высноў прыйшоў нямецкі навуковец Юстус фон Либих ў 1839 годзе. Менавіта ён лічыцца адным з заснавальнікаў аграхіміі і арганічнай хіміі.

Паралельна з ім шведскі минеролог Енс Якаб Берцелиус сфармуляваў ідэю пра тое, што да кіслот варта адносіць адмоўныя аксіды неметаллов, у той час як аксіды з станоўчым зарадам ёсць падставамі. Гэта дапамагло растлумачыць асноўныя ўласцівасці кіслот і падстаў. Менавіта таму кіслотнасць і асноўнага швед разглядаў як функцыянальнае ўласцівасць злучэнняў. Менавіта ён упершыню ў свеце зрабіў спробу прадказаць канчатковую сілу разгляданых намі рэчываў.

Асноўныя палажэнні протолитической тэорыі кіслот і падстаў былі сфармуляваны пасля выхаду работ яшчэ аднаго шведскага хіміка Свантэ жніўні Арэніусам. У 1887 годзе ён абагульніў тэорыю дысацыяцыі электрычнасці. Пасля яе з'явілася рэальная магчымасць апісаць ўласцівасці кіслот і падстаў зыходзячы з прадуктаў іянізацыі электралітаў. А дзякуючы ўкладу руска-нямецкага хіміка Вільгельма Фрыдрыха Оствальд тэорыя была сфармулявана і для слабых электралітаў.

У XX стагоддзі амерыканскія навукоўцы Кэди, Франклін і Краўс абгрунтавалі тэорыю сольвосистем. Яе сталі ўжываць як да палажэнняў Арруниуса і Оствальд, так і ў дачыненні да ўсіх астатніх растваральнікаў, якія маглі самодиссоциироваться.

У нашы дні протолитическая тэорыя кіслот найбольш поўна сфармуляваная датчанінам Йаганесам Николаусом Бренстедом і амерыканцам Гілберт Ньютанам Люісам, які таксама займаўся ядзернай фізікай і тэрмадынамікі.

тэорыя Либиха

Згодна з вадароднай тэорыі Либиха, кіслата ўяўляе сабой рэчыва, здольнае на рэакцыі з металамі, у выніку якіх утворыцца вадарод. Пры гэтым паняцці "падстава" Либих не ўводзіў зусім.

Ўтвараюцца ў выніку рэакцыі вадарод і соль. Пры ўзаемадзеянні з моцнымі кіслотамі рэакцыю праяўляюць металы. Сёння тэорыя выкарыстоўваецца толькі для прагназавання ўзаемадзеяння рэчываў, якія змяшчаюць вадарод, з металамі ў растваральніках.

Тэорыя Арэніусам-Оствальд

Разбіраючыся, у чым заключаецца протолитическая тэорыя кіслот і падстаў Арэніусам - Оствальд, адзначым, што ў ёй кіслотамі лічацца ўсе рэчывы, якія ў водным растворы ўтвараюць катыёны вадароду. Пры гэтым падставамі лічацца толькі тыя рэчывы, з якімі ў водным растворы атрымліваецца катыён металу або амонія.

У выніку рэакцыі утвараюцца вада і соль. Назіраецца залежнасць, калі моцныя кіслоты ўзаемадзейнічаюць з моцнымі асновамі. На аснове гэтай тэорыі ўдалося абгрунтаваць падзел электралітаў, а таксама было ўведзена вызначэнне вадароднага паказчыка, які распаўсюджваецца на шчолачныя асяроддзя. Таксама яе выкарыстоўваюць пры гідроліз соляў і падстаў, якія змяшчаюць солі. Аднак усё радзей. Справа ў тым, што для гэтага патрабуюцца грувасткія вылічэнні. У той час як пратонны тэорыя нашмат прасцей.

Тэорыя Бренстеда-Лоўры

Протолитическая тэорыя кіслот і падстаў Бренстеда - Лоўры ўпершыню з'явілася ў 1923 годзе. Бренстед і Лоўры сфармулявалі яе незалежна адзін ад аднаго. Навукоўцы аб'ядналі паняцці кіслот і падстаў ў адзінае цэлае.

Згодна з іх уяўленнях, кіслаты - гэта малекулы або іёны, якія выконваюць у рэакцыі ролю донараў пратонаў. У гэты ж час падставамі з'яўляюцца толькі тыя малекулы або іёны, якія здольныя далучаць пратоны. У гэтай тэорыі кіслаты і падставы атрымалі вызначэнне протолитов. У чым жа сутнасць?

Протолитическая тэорыя кіслот і падстаў ў хіміі зводзіцца да перадачы пратона ад кіслаты да падставы. Прычым у гэты час кіслата, пазбавіўшыся пратона, сама ператвараецца ў падмурак. І можа ўжо сама далучыць да сябе новы пратон. Падстава ў гэты час становіцца кіслатой, фарміруючы протонированную часціцу.

Таму ў любым узаемадзеянні разгляданых намі рэчываў удзельнічаюць дзве пары падстаў і кіслот. Бренстед называе іх спалучанымі. Гэта асноўныя палажэнні, якія дазваляе сфармуляваць протолитическая тэорыя кіслот і падстаў. Протолитические рэакцыі пры гэтым працякаюць дваяк, таму што любое рэчыва, у залежнасці ад умоў, можа быць і кіслатой, і падставай.

Пазней Бренстед развіў тэорыю кіслотна-асноўнага каталізу, а Лоўры працаваў над аптычнай актыўнасцю арганічных злучэнняў.

тэорыя сольвосистем

Тэорыя сольвосистем з'явілася пры развіцці ідэй, вылучаных Арэніусам і Оствальд. Часцей за ўсё яе ўжываюць пры рэакцыях з пратонаў растваральнікамі. Прапанавалі яе тры амерыканца - Кэди, Франклін і Краўс.

Згодна з гэтай гіпотэзе, у аснове ўсяго ляжыць іённы растваральнік. Ён валодае здольнасцю распадацца на асобныя іёны пры адсутнасці растваральніка. У дадзеным выпадку на катыён і аніёны. Першы пры гэтым з'яўляецца іёнам літыя, а другі - іёнам лиата. Які выкарыстоўваецца ў рэакцыі пратонны растваральнік здольны да перадачы пратона ад любой нейтральнай малекулы вадкасці да іншай. У выніку чаго ўтворыцца роўнае колькасць аніёнаў і катыёнаў.

Прадуктам такой рэакцыі становіцца растваральнік і соль.

Дадзеную тэорыю ўжываюць для прадказанні рэакцый паміж кіслотамі і падставамі ў любых растваральніках. Таксама магчыма кіраваць дадзенымі працэсамі пры дапамозе растваральніка. Тэорыя падрабязна апісвае ўласцівасці рэчываў, якія не ўтрымліваюць кісларод і вадарод.

тэорыя Люіса

Тэорыя Люіса сфармуляваная ў 1923 годзе. У яе аснову ляглі наяўныя на той момант у навуцы электронныя прадстаўлення. З іх дапамогай удалося максімальна пашырыць вызначэння падставы і кіслоты.

У хіміі ёсць паняцце "кіслата Люіса". Гэта іён або малекула, якая валодае свабоднымі электроннымі арбіталей, на якія можа прымаць электронныя пары. Яскравым прыкладам служаць пратоны - іёны вадароду, а таксама іёны пэўных металаў, некаторыя солі і рэчывы.

Калі ў кіслаце Люіса няма вадароду, то яе называюць апротонной.

тэорыя Усановича

Максімальна агульную тэорыю аб кіслотах і падставах ў 1939 годзе сфармуляваў савецкі хімік Міхаіл Усанович.

У яе аснове ляжаць ўяўленні аб тым, што любое ўзаемадзеянне паміж кіслатой і падставай прывядзе да рэакцыі солеобразования. Такім чынам, кіслата вызначаецца як часціца, отщепляющая ад сябе катыёны, у тым ліку і пратоны, а таксама далучаецца да сябе замест іх аніёны і ў першую чаргу электроны.

У той жа час падставай з'яўляецца часціца, якая валодае здольнасцю далучыць да сябе пратон або любы іншы катыён. Але таксама можа аддаць электрон або аніёны. Прынцыповае адрозненне ад тэорыі Люіса складаецца ў тым, што ў аснове азначэнняў "падстава" і "кіслата" ляжыць не будынак іх электроннай абалонкі, а знак зарада іх часціцы.

Пры гэтым у тэорыі Усановича ёсць і недахопы. Галоўныя з іх - вялікая колькасць абагульненняў і недакладныя фармулёўкі асноўных паняццяў. Да таго ж гэтая тэорыя не дазваляе даваць колькасных прадказанні наступстваў ўзаемадзеяння кіслот і падстаў.