Látky so špeciálnymi vlastnosťami, ktoré majú veľký praktický význam, sú známe a používajú sa už dlho a v súčasnosti sa označujú ako kyselina y základyIde o veľmi bežné chemické činidlá, ktoré sú schopné vyvíjať veľkú časť svojich zlúčenín v vodné médiá, a ktoré sprevádzajú ľudstvo od prvých pokusov klasifikovať látky podľa ich chuti, vzhľadu a správania.
Niektoré sú reakcie zahŕňajúce kyseliny a zásady, nazývané acidobázické reakcie, ktoré sa študujú na základe princípov chemická rovnováha k riešeniam. V tomto type procesu hrá ústrednú úlohu jedna látka: solventnýVo vodných roztokoch si kyseliny a zásady vymieňajú protóny s vodou, preto sú tieto reakcie známe aj ako reakcie výmeny protónov o protolitický.
Dlho predtým, ako existovala moderná chémia, bolo empiricky známe, že niektoré potraviny, ako napríklad ocot, citrón alebo určité ovocie, majú veľmi charakteristická kyslá chuťTrvalo však stáročia, kým sme pochopili príčinu tejto chuti. Slovo kyselina pochádza z latinského „acidus", čo to znamená kysláa odráža, ako boli senzorické kritériá – najmä chuť – prvým vodítkom pre klasifikáciu týchto látok.
Čo sú to kyseliny?
Z pohľadu modernej vodnej chémie je kyselina definovaná ako akákoľvek chemická zlúčenina ktorý po rozpustení vo vode vytvorí roztok s aktivita hydróniových katiónov (H3O+) vyššia ako u čistej vody. Z hľadiska pH to znamená, že kyslý roztok má pH menej ako 7.
Akákoľvek chemická látka, ktorá prejavuje charakteristické vlastnosti kyseliny (schopnosť darovať protóny, reagovať s bázami, modifikovať indikátory atď.) sa nazýva kyslá látkaSúčasné chápanie kyselín sa časom zdokonaľovalo prostredníctvom rôznych teoretických modelov, ale ústredná myšlienka, že ide o látky, ktoré vytvárajú alebo prispievajú k „kyslosti“ v médiu, zostáva zachovaná.
Charakteristika kyselín
Medzi najdôležitejšie vlastnosti a charakteristiky kyselín patria nasledujúce, ktoré zahŕňajú senzorické, chemické a technologické aspekty:
- Majú kvalitu reagujú s látkami nazývanými zásadyčo vedie k neutralizačným procesom, pri ktorých vznikajú soli a vodaToto je jeden z najstarších vzťahov pozorovaných v chémii.
- Mnohé kyseliny sú extrémne korozívnenajmä koncentrované minerálne kyseliny (ako je chlorovodíková, dusičná alebo sírová). Táto korozívnosť je spôsobená ich vysokou schopnosťou reagovať s kovmi, organickými tkanivami a mnohými ďalšími materiálmi.
- Fungujú vynikajúco elektrické vodiče vo vodnom prostredí, pretože v roztoku disociujú na ióny, ktoré umožňujú prenos elektrického náboja kvapalinou.
- V mnohých prípadoch zvláštna kyslá alebo kyslá chuťKlasickým príkladom sú potraviny, ktoré obsahujú kyselina citrónováako sú pomaranče, limetky, grapefruity alebo citróny, ako aj kyselina octová v octe. Toto senzorické kritérium bolo jedným z prvých spôsobov identifikácie kyslých látok.
- Môžu reagovať s oxidy kovov za vzniku soli a vody, čo je správanie podobné tomu, ktoré prejavujú voči zásadám, čo dokazuje ich schopnosť transformovať pevné iónové a kovalentné zlúčeniny na rozpustné látky.
- V niektorých prípadoch môžu byť škodlivé pre zdravie a vyrábať popáleniny kože a vážne poškodenie tkaniva. Dlhodobý kontakt alebo vystavenie vysokým koncentráciám vyžaduje vhodné ochranné prostriedky.
- Majú schopnosť generujú soľ a molekulárny vodík (H2) pri reakcii s určitými aktívne kovy (ako je zinok, horčík alebo železo), proces sprevádzaný šumením a uvoľňovaním plynu.
- Majú vlastnosti, ktoré silne ovplyvňujú acidobázické indikátoryako napríklad fenolftaleín alebo lakmusový papierik. Kyselina môže odfarbiť fenolftaleín (zosvetliť ho) a je schopná... lakmusový papierik zmeniť z modrá až červená alebo oranžové až červenkasté tóny v závislosti od použitého indikátora.
Tieto vlastnosti dopĺňajú ďalšie, ktoré sú dnes lepšie pochopené vďaka chemickej teórii: niektoré kyseliny sa považujú za silné kyseliny pretože sa takmer úplne disociujú vo vode (ako kyselina chlorovodíková), zatiaľ čo iné áno slabé kyselinypretože ionizujú iba čiastočne (ako kyselina octová). Tento stupeň disociácie určuje intenzitu ich kyslého správania a je kľúčový pre predpovedanie výsledku ich reakcií.
Historicky, látky ako napr. octový destilát (kyselina octová), duch soli (kyselina chlorovodíková), nitro duch (kyselina dusičná) a duch jedu (kyselina sírová) sa stala základnými nástrojmi alchymistov a protochemikov. Jej obrovská schopnosť rozpúšťať materiály vrátane ušľachtilých kovov prostredníctvom zmesí, ako napríklad Čavačka kráľovská, z nich urobili veľmi cenné a symbolické látky v chemickej praxi minulých období.
Aké sú základy?
Základy sú tiež známe ako alkálie, termín, ktorý pochádza z arabčiny „al-qaly“, súvisiace s popol z rastlín ktoré sa používali na výrobu mydla a skla. Všetky tieto sa nazývajú základy. látky, ktoré majú alkalické vlastnostiTo znamená, že sú schopné reagovať s kyselinami za vzniku solí a vo vodnom roztoku produkujú alebo zvyšujú koncentráciu hydroxylové ióny (OH)-) alebo druhov, ktoré sa takto správajú.
Medzi najbežnejšie základy patria hydroxidy (napríklad NaOH a KOH), ktoré sa široko používajú a používajú v laboratóriách a priemysle. V súčasnom chemickom jazyku možno zásadu definovať niekoľkými doplnkovými spôsobmi v závislosti od teoretického modelu: ako látku, ktorá prijíma protóny (Brønsted-Lowryho model) alebo ako druh, ktorý daruje elektrónové páry (Lewisov model). V oblasti vodných roztokov je však stále užitočné ich opísať ako zlúčeniny, ktoré vytvárajú pH vyššie ako 7 keď sa rozpustí vo vode.
Charakteristika základov
Robert Boyle a ďalší priekopnícki chemici identifikovali niekoľko základných vlastností, ktoré umožňujú rozpoznanie a klasifikáciu báz. Medzi najdôležitejšie patria:
- Zvyčajne predstavujú mydlový alebo klzký charakternajmä pri práci so silnými zásadami v roztoku, ako je hydroxid sodný alebo hydroxid draselný.
- Vyznačujú sa ich horká chuťTáto vlastnosť sa historicky spájala s alkáliami získanými z popola, hoci z bezpečnostných dôvodov sa neodporúča testovať koncentrované zásadité látky.
- Majú schopnosť reagovať s kyselinami, produkujúci soli a voda v neutralizačných reakciách, ktoré sú jedným z pilierov štúdia acidobázickej chémie.
- Môžu urobiť lakmusový papierik zmeniť z červená na modrúa ovplyvňujú mnoho indikátorov, ako napríklad fenolftaleín, ktorý v zásaditom prostredí získava intenzívnu ružovú farbu.
- Mnohé hydroxidy sú rozpustný vo vodenajmä alkalických kovov a kovov alkalických zemín, čo uľahčuje ich použitie v priemyselných a laboratórnych procesoch. Tieto vodné roztoky sú vo všeobecnosti dobré vodiče elektriny kvôli prítomnosti iónov.
- Prevažná väčšina týchto látok je škodlivé pre ľudskú pokožkupretože poškodzujú tkanivá zmydelňovaním tukov a ničením bielkovín. Silné zásady, ako je hydroxid sodný alebo hydroxid draselný, môžu spôsobiť veľmi vážne popáleniny.
Medzi najstaršie známe základne patria Sosa (uhličitan sodný) a potaš (uhličitan draselný), získaný z vodných extraktov popola. Tieto sú doplnené prírodnými formami alkalické pôdyako napríklad vápenec alebo krieda (uhličitan vápenatý). S rozvojom chémie sa pridávali aj ďalšie zlúčeniny, ako napr. amoniak, pôvodne považovaná za prchavú zásadu, ktorá sa získavala rozkladom organických látok, ako je močovina.
Hoci sa Boyle a ďalší veľkí chemici niekoľkokrát pokúšali vysvetliť, prečo sa kyseliny a zásady správajú tak, ako sa správajú, prvé plne akceptované teoretické definície sa dlho upevňovali. Po väčšinu histórie boli kyseliny a zásady definované spôsobom, ktorý... kruhovýTo znamená, že na základe toho, ako navzájom reagovali: látka bola kyslá, ak reagovala so známou zásadou, a zásaditá, ak silne reagovala so známou kyselinou.
Acidobázické reakcie
Acidobázické reakcie, známe aj ako neutralizačné reakcieIde o chemické procesy, pri ktorých reagujú kyselina a zásada, pričom ako hlavné produkty vznikajú... soľ a vodaTermín „soľ“ sa používa na označenie akejkoľvek zlúčeniny s iónový charakter ktorého katión pochádza zo zásady a ktorého anión pochádza z kyseliny.
V kontexte vodnej chémie sa tieto reakcie chápu ako kombinácie iónov H₂+ (alebo H)3O+) z kyseliny s OH iónmi- pochádzajúce zo základne do formy molekuly vodyV modeloch, ako je Brønsted-Lowryho model, sú v širšom zmysle opísané ako procesy prenos protónov medzi donorom (kyselinou) a recipientom (bázou).
L neutralizačné reakcie Vo väčšine prípadov sú exotermickýTo znamená, že uvoľňujú energiu vo forme tepla. Preto pri zmiešaní koncentrovaných roztokov kyselín a zásad dochádza k výraznému zvýšeniu teploty. Toto sa nazýva „neutralizácia“, pretože keď sa kyselina a zásada spoja vo vhodných pomeroch, reagujú. Navzájom rušia svoje charakteristické vlastnostičím sa vytvorí roztok, v ktorom je pH blízke neutrálnemu, v závislosti od relatívnej sily reaktantov.
Historicky sa „antagonizmus“ medzi kyselinami a zásadami interpretoval takmer ako boj medzi protichodnými látkami. Protochemici pozorovali, že keď sa „kyslý alkohol“ dostal do kontaktu s alkáliou, došlo k reakcii. búrlivá reakciaReakcia bola často prudká, pričom vznikalo teplo a dokonca aj plyny, ako napríklad oxid uhličitý, ak bola alkáliou uhličitan. Tieto pozoruhodné javy pomohli upevniť myšlienku, že kyseliny a zásady patria do jasne odlišných a protichodných kategórií.
Cvičenie s acidobázickou reakciou
Na ilustráciu neutralizačnej reakcie je možné vykonať klasický laboratórny experiment s použitím acidobázická titráciaTypický postup zahŕňa použitie Erlenmeyerovej banky s roztok kyseliny chlorovodíkovej (HCl) so známou alebo určenou koncentráciou, do ktorej sa pridá niekoľko kvapiek indikátor acidobázickej rovnováhy, ako napríklad fenolftaleín.
La fenolftaleín V kyslom alebo mierne neutrálnom prostredí je bezfarebný, ale získava farbu intenzívna ružová v základnom médiuJeho zmena farby teda slúži ako vizuálny signál na detekciu bodu, v ktorom sa roztok zmenil z nadbytku kyseliny na mierny nadbytok zásady.
Súbežne sa pripraví byreta s roztokom hydroxid sodný (NaOH)ktorý pôsobí ako titrant. Uzatvárací kohútik byrety sa otvára opatrne a pomaly, pričom roztok NaOH kvapká po kvapkách na kyselinu obsiahnutú v Erlenmeyerovej banke.
Keď dno klesá a banka sa jemne trasie, OH ióny- báza reaguje s iónmi H+ (alebo H)3O+) kyseliny chlorovodíkovej, ktorá tvorí voda a chlorid sodný (NaCl)Tento proces spôsobuje, kyslosť sa znižuje postupne a že zvýšenie pHTeplota roztoku sa môže mierne zvýšiť v dôsledku exotermickej povahy reakcie.
Nastane bod, kedy sa pridané množstvo zásady rovná presne takému množstvu, aké je potrebné na neutralizovať všetky prítomné kyselinyV tom momente, známom ako bod ekvivalencieĎalšia pridaná kvapka zásady vytvára mierny nadbytok OH- v roztoku, čo spôsobí zmenu farby indikátora a jeho sfarbenie do ružova. Táto zmena farby je experimentálnym znakom dosiahnutia požadovanej acidobázickej rovnováhy.
Z kvantitatívneho hľadiska sa kyslé a zásadité neutralizátory vyrábajú v pomeroch ekvivalentný ekvivalentTo znamená, že ekvivalent kyseliny bude úplne neutralizovaný pomocou základný ekvivalent, bez ohľadu na špecifickú povahu každej látky, za predpokladu, že je známa jej schopnosť darovať alebo prijímať protóny.
La hmotnosť ekvivalentu jedného gramu Určuje sa na základe typu látky a prebiehajúcej reakcie. Výpočet gramového ekvivalentu soli nie je to isté ako výpočet kyseliny a nie je rovnaký pre všetky možné reakcie, pretože počet prenesených protónov alebo zapojených funkčných skupín sa môže líšiť. Preto... ekvivalentné výpočty Musia byť prispôsobené špecifickému kontextu reakcie.
V prípade kyselín, masa molár rozdelené medzi počet disociovateľných vodíkov Výsledkom je hmotnosť jedného gramového ekvivalentu danej kyseliny. V prípade zásad hydroxidového typu sa gramový ekvivalent zvyčajne získa vydelením molárnej hmotnosti počtom OH skupiny- prítomné vo vzorci.
Objem roztokov použitých v titrácii súvisí so vzorcom: Na V.a = Nb V.b, kde Na a V.a sú normálnosť a objem kyseliny a Nb a V.b Ide o normalitu a objem zásady. Tento výraz nám umožňuje vypočítať množstvo roztoku so známou koncentráciou potrebné na úplnú neutralizáciu iného roztoku, ktorého koncentráciu chceme určiť.
Aby sa vypočítalo normálnosť Pre kyslý roztok v prípade monoprotických kyselín (ktoré darujú jeden protón) možno použiť zjednodušený vzťah: normalita = molaritaV polyprotických kyselinách alebo polyfunkčných zásadách je potrebné zohľadniť počet protónov alebo OH skupín- dostupné na molekulu.
Dôležitosť acidobázickej reakcie
Acidobázické reakcie majú obrovský význam v chémii a v každodennom živote, najmä kvôli ich užitočnosti ako techniky kvantitatívnej analýzy prostredníctvom volumetrických titrácií. Tieto procesy umožňujú presné stanovenie koncentrácie látok v roztokoch, čo je základom v klinických analytických laboratóriách, priemyselnej kontrole kvality, úprave vody, potravinárskom priemysle a mnohých ďalších technologických oblastiach.
V experimentálnej praxi sa pri acidobázických titráciách zvyčajne používa indikátorový roztok na vizuálnu identifikáciu bodu blízko neutralizácie. Tieto indikátory menia farbu v rámci určitého rozsahu pH. Výber vhodného indikátora zahŕňa znalosť pH bodu ekvivalencie pre každú reakciu a vyberte indikátor, ktorého rozsah otáčania zodpovedá danej hodnote.
Okrem vizuálnych metód sa v súčasnosti používajú aj nasledujúce elektrochemické metódy na monitorovanie acidobázických reakcií, ako napríklad použitie pH metre a špecifické elektródy. Tieto metódy umožňujú vysoko presnú detekciu bodu, kde dochádza k neutralizácii, pričom graficky znázorňujú zmenu pH v závislosti od objemu pridaného titračného činidla.
Acidobázická rovnováha je tiež nevyhnutná pre pochopenie biologických a environmentálnych procesov: od udržiavanie pH krvi cez tlmivé systémy až po správanie živín a kontaminantov v pôda a vodaChémia kyselín a zásad sa priamo uplatňuje pri navrhovaní hnojivá, pod kontrolou kyslosť oceánua pri formulácii domácich produktov, ako sú čistiace prostriedky, odvápňovače, odstraňovače vodného kameňa a antacidá.
Historicky štúdium neutralizácií pomohlo chemikom pochopiť, že reakcie prebiehajú v fixné hmotnostné pomeryktoré prispeli k vývoju základných zákonov, ako napríklad zákon určitých proporciíPoužitie rastlinných indikátorov, ako napr. fialkový sirup Umožnilo to prelomiť kruhovitosť v definícii kyselín a zásad, pretože poskytlo nezávislý referenčný bod pre klasifikáciu látok podľa ich správania.
Typy acidobázických reakcií podľa sily reaktantov
Neutralizačné reakcie možno klasifikovať podľa relatívna sila kyseliny a zásady ktoré sa zúčastňujú. Táto klasifikácia je užitočná na predpovedanie pH výsledného roztoku a výber najvhodnejšieho indikátora pri titrácii.
Reakcia slabej kyseliny a zásady
V reakcii medzi a slabá kyselina a slabá základňaAni kyselina úplne nedisociuje, aby odovzdala všetky svoje protóny, ani báza úplne neionizuje, aby prijala protóny. V tomto type systému... zásaditý katión a kyslý anión Môžu trpieť hydrolýzaTo znamená, že čiastočne reaguje s vodou, čím sa upravuje rovnováha iónov H++ a OH-.
V dôsledku toho bude pH konečného roztoku závisieť od konštanta kyslosti (Ka) kyseliny a konštanta zásaditosti (Kb) zásady. Ak je kyselina slabšia ako zásada, celkový účinok hydrolýzy zvyčajne vedie k pH vyššie ako 7Naopak, ak je zásada slabšia ako kyselina, pH má tendenciu k nižším hodnotám. menej ako 7Tieto prechodné prípady si vyžadujú podrobnú analýzu príslušných zostatkov.
Reakcia medzi silnou zásadou a slabou kyselinou
Pri silná základňa reaguje s slabá kyselinaBáza disociuje takmer úplne a dominuje rovnovážnemu správaniu. Za týchto podmienok, predovšetkým anión slabej kyseliny Podlieha hydrolýze, čím vznikajú látky, ktoré spotrebúvajú protóny z média a zvyšujú pH.
Pri tomto type reakcie, pH výsledného roztoku Zvyčajne sa nastavuje na hodnoty väčšie ako 7Je to preto, že zásaditý charakter prevláda v dôsledku relatívneho nadbytku alebo vplyvu silnej zásady. Preto indikátor zvolený na titráciu slabej kyseliny silnou zásadou musí meniť farbu v zásaditom rozsahu pH.
Reakcia medzi slabou zásadou a silnou kyselinou
V reakcii medzi a silná kyselina a slabá základňaSituácia je opačná. Kyselina disociuje takmer úplne a uvoľňuje do prostredia veľké množstvo protónov, zatiaľ čo zásada ionizuje iba čiastočne. V tomto prostredí... katión zo slabej bázy Môže podliehať hydrolýze, uvoľňovaniu protónov alebo stabilizačným látkam, ktoré udržiavajú kyslejšie prostredie.
V dôsledku toho, pH konečného roztoku Zvyčajne sa to týka hodnôt menej ako 7s jasnou dominanciou kyslého charakteru. Pre titrácie tohto typu sa vyberajú indikátory, ktorých prechodový rozsah je v kyslom pásme pH stupnice.
Pre výber optimálneho ukazovateľa v každom prípade je nevyhnutné odhadnúť pH bodu ekvivalencie a porovnajte ju s prechodovou zónou indikátora. Tým sa zabezpečí, že zmena farby sa zhoduje so skutočnou neutralizáciou, čo vedie k presnejším analytickým údajom.
Historické definície acidobázickej reakcie
V priebehu histórie chémie navrhlo množstvo vedcov Definície kyselín a zásad vysvetliť ich správanie. Každá definícia vznikla v konkrétnom kontexte vedeckého, technického a koncepčného vývoja a jej relevantnosť sa meria jej schopnosťou opisovať a predpovedať reakcie, najmä neutralizačné reakcie, v kvapalných aj plynných systémoch.
V raných štádiách chémie boli vysvetlenia založené na esencie alebo nehmotné „princípy“ kyslosti, zásaditosti a slanosti, inšpirované Aristotelovými myšlienkami. Verilo sa, že hmota nemá žiadne vnútorné vlastnosti, ale že tieto vlastnosti sú spôsobené abstraktnými princípmi, ktoré sa s látkami spájajú alebo oddeľujú. Tieto princípy sa nedali izolovať, čo viedlo k definíciám kyselín a zásad. takmer kruhovýLátka bola kyslá, ak reagovala so zásadou a naopak, bez nezávislej referencie, ktorá by tento cyklus prerušila.
S pokrokom v experimentovaní, zavedením indikátory rastlín Práca Boylea a ďalších umožnila použitie zmien farby ako externého kritéria, nezávislého od klasifikovaných látok. Tento metodologický posun predstavoval rozhodujúci krok smerom k operačnejším definíciám kyslosti a zásaditosti, čím vydláždil cestu pre kvantitatívne a štrukturálne modely, ktoré boli formulované neskôr.
Definícia Antoine Lavoisier
Antoine Lavoisier pracoval v dobe, keď sa poznatky o kyselinách zameriavali najmä na silné anorganické kyselinya najmä v oxokyselinyktoré majú centrálny atóm vo vysokom oxidačnom stave obklopený atómami kyslíka. Jeho experiment sa oveľa viac spoliehal na kyseliny ako sírová, dusičná alebo fosforečná než na hydrátové kyseliny, ktoré neobsahujú kyslík.
Na základe svojich pozorovaní Lavoisier navrhol, že kyslík Bol to on"kyselinotvorná látka„par excellence“. Na to čerpal inšpiráciu z klasickej gréčtiny a túto myšlienku zahrnul do samotnej etymológie chemického slova pre kyslík. Podľa jeho teórie kyslosť Vysvetľovalo sa to prítomnosťou kyslíka v molekule a sila kyseliny bola spojená s podielom tohto prvku v jej zložení.
Táto koncepcia mala obrovský vplyv po celé desaťročia, pretože umožnila zjednotiť správanie mnohých známych oxokyselín pod jedným kritériom. Existencia bezkyslíkatých kyselín, ako napríklad kyselina chlorovodíkováTeória kyslíkatých zlúčenín, ktoré neboli kyselinami, odhalila rozpory, ktoré sa postupne stali neprekonateľnými. Táto teória zostala vplyvná takmer [istý čas]. 30 rokovaž do publikovania diel a článkov okolo 1810 Ukázali nezrovnalosti, ktoré viedli k ich prehodnoteniu.
Definícia Liebig
Neskôr sa chemik Justus von Liebig hlboko venoval štúdiu organická chémia A v zložení organických kyselín navrhol definíciu, ktorá prekonala niektoré obmedzenia modelu zameraného na kyslík. Liebig sa domnieval, že kyselina bola látka, ktorá obsahoval vodík a že tento vodík by mohol byť nahradený kovom prostredníctvom vhodnej reakcie.
Táto formulácia, založená na kritériách empirický A pri porovnávacej analýze mnohých látok sa zameral na schopnosť tvoriť soliVodík, ktorý bol nahradený kovom, sa považoval za určujúcu zložku kyslosti. Napriek svojej koncepčnej jednoduchosti bola Liebigova definícia mimoriadne užitočná a zostala platná dlhé obdobie, čím poskytla prepojenie medzi kyslým správaním a... štruktúra zlúčenín.
Táto vízia sa ukázala byť obzvlášť silná v čase, keď teórie o Valencia a molekulárna štruktúrapomáha prepojiť kyslosť so špecifickými vodíkovými polohami v molekule, ktoré sú zodpovedné za jej reaktivitu a syntézu nových zlúčenín.
Vymedzenie pojmu Arrhenius
S nástupom teórie elektrolytická disociácia Na základe svojich štúdií elektrickej vodivosti v roztokoch Svante Arrhenius navrhol definíciu kyselín a zásad, ktorá zmodernizovala a zjednodušila mnohé predchádzajúce koncepty so zameraním na... ióny prítomné vo vodných roztokoch.
Podľa Arrheniusovej definície, a kyselina Je to látka, ktorá po rozpustení vo vode... zvyšuje koncentráciu vodíkových iónov (H+), zatiaľ čo jeden základňa Je to látka, ktorá za rovnakých podmienok zvyšuje koncentráciu hydroxylových iónov (OH)-)Acidobázická reakcia bola potom interpretovaná ako kombinácia H+ a OH- formovať voda, z disociácia kyselín a zásad vo vodnom roztoku.
Táto definícia priniesla jasnú interpretáciu toho, prečo kyslé a zásadité roztoky vedú elektrinu: prítomnosť voľných iónov vysvetľovala experimentálne pozorované prúdy. Okrem toho umožnila súvislosť medzi sila kyseliny alebo zásady s jeho stupňom disociácie vo vode, čo poskytuje kvantitatívny základ pre porovnávanie zlúčenín.
Arrheniusov rámec má však značné obmedzenia. Medzi ne patrí, že je obmedzený na vodné médiá a vyžaduje explicitnú prítomnosť H+ a OH-To sťažuje aplikáciu jeho definície na reakcie v rozpúšťadlách iných ako voda alebo acidobázické procesy, ktoré tieto ióny priamo nezahŕňajú, čo motivovalo vývoj všeobecnejších modelov.
Definícia Brønsted-Lowryho
Brønsted-Lowryho model predstavoval kvalitatívny skok v chápaní acidobázických reakcií tým, že sa zameral na... prenos protónovSamostatne dospelo niekoľko chemikov k podobným záverom: v tomto prístupe kyselina Je to látka schopná darovať protóny (H+), zatiaľ čo jeden základňa je to, čo je schopné prijať ich.
Acidobázická reakcia je opísaná ako proces, pri ktorom kyselina uvoľňuje protón, aby sa stala jeho náprotivkom. konjugovaná báza, zatiaľ čo báza prijíma tento protón a transformuje sa na svoj konjugovaná kyselinaNapríklad, keď kyselina chlorovodíková odovzdá protón vode, vytvorí sa konjugovaná báza Cl₂.- a hydróniový ión H3O+ktorá zase pôsobí ako konjugovaná kyselina zásaditej vody.
Tento prístup ponúka oproti Arrheniusovej definícii niekoľko výhod. Po prvé, nie je obmedzený len na vodné médiá, ale možno ho použiť aj na... iné rozpúšťadlá a dokonca reakcie v plynnej fázePo druhé, umožňuje nám opísať acidobázické reakcie, pri ktorých sa nemusí nevyhnutne tvoriť voda a pri ktorých protóny prechádzajú priamo z jedného druhu na druhý.
Brønstedova-Lowryho definícia zavádza dôležitú koncepčnú zmenu tým, že berie do úvahy, že kyslosť a zásaditosť sú relatívne vlastnostizávislé od rovnováhy medzi špecifickou kyselinou a zásadou a ich konjugovanými druhmi. Dá sa teda hovoriť o silové série kyselín a zásad a rovnováh, v ktorých poloha závisí od relatívnej afinity k protónu.
Lewisova definícia
Gilbert N. Lewis sformuloval jednu z najvšeobecnejších definícií kyselín a zásad, založenú na správaní sa elektróny v chemických reakciách. V ich modeli Lewisova základňa Je to druh schopný darovať elektrónový párzatiaľ čo a Lewisova kyselina Je to druh schopný prijať ten pár elektrónov.
Táto formulácia nevyžaduje prítomnosť protónov ani špecifických rozpúšťadiel. Kovové ióny s prázdne orbitalyNapríklad môžu pôsobiť ako Lewisove kyseliny, zatiaľ čo molekuly s voľných párov elektrónov (ako napríklad amoniak, voda alebo halogenidy) pôsobia ako Lewisove zásady. Keď prebieha reakcia, vzniká koordinačná kovalentná väzba zdieľaním elektrónového páru darovaného bázou.
Táto perspektíva výrazne rozširuje oblasť acidobázickej chémie a zahŕňa... koordinačné reakcieProcesy v nevodných systémoch a mnohé organické a anorganické transformácie sa dobre nezhodujú s Arrheniovým alebo Brønsted-Lowryho modelom. Z Lewisovho pohľadu možno známy vznik vody chápať ako kombináciu Lewisova kyselina (protón) s Lewisova základňa (elektrónový pár kyslíka v molekule vody).
Lewisova teória integruje a zovšeobecňuje mnohé aspekty Brønsted-Lowryho teórie a koncept... systém rozpúšťadiel, ktorý ponúka spoločný jazyk na opis reakcií, pri ktorých sa vymieňajú elektróny namiesto protónov a ktoré nemusia nevyhnutne zahŕňať tvorbu klasických solí.
Pearsonova definícia (tvrdá-mäkká kyselina-báza)
Teória tvrdé a mäkké kyseliny a zásady (ABDB) bol navrhnutý na lepšie vysvetlenie a predpovedanie trendov v reakciách metatéza a koordinačné procesy, najmä v anorganickej chémii. Ralph Pearson navrhol klasifikovať kyseliny a zásady podľa ich „tvrdosti“ alebo „mäkkosti“, čo sú koncepty, ktoré sa vzťahujú na vlastnosti, ako napríklad veľkosť druhujeho oxidačný stav a polarizovateľnosť.
V tejto súvislosti sa to považuje za „mäkké„na relatívne veľké druhy, s nízke oxidačné stavy y vysoko polarizovateľnýSú "Duras„malé druhy s vysoké oxidačné stavy a nízku polarizovateľnosť. Základné empirické pravidlo tejto teórie hovorí, že Tvrdé kyseliny majú tendenciu prednostne sa spájať s tvrdými zásadami, zatiaľ čo mäkké kyseliny prejavujú afinitu k mäkké základy.
Tento prístup je veľmi užitočný v koordinačná chémia, pri návrhu katalyzátory a pri predpovedaní produktov v reakciách, kde je možných viacero kombinácií. Napríklad nám to umožňuje predpovedať, ktoré ligandy sa najsilnejšie viažu na daný katión kovu alebo ktoré kombinácie budú najstabilnejšie v kontexte priemyselných alebo environmentálnych procesov.
Hoci sa spolieha predovšetkým na úvahy kvalitatívnePearsonova teória ponúka veľmi cenný rámec pre interpretáciu trendov v reaktivita, selektivita y stabilita komplexovRozšíril sa aj na hodnotenie správania energetických a výbušných materiálov, v ktorých môžu interakcie tvrdých a mäkkých kyselín a zásad ovplyvniť ich citlivosť a výkon.
Definícia Usanoviča
Michail Usanovič navrhol extrémne všeobecnú definíciu kyselín a zásad, ktorá zahŕňala veľmi širokú škálu chemických reakcií. V jeho koncepcii kyselina je akákoľvek látka schopná akceptovať negatívne druhy (ako sú anióny alebo elektróny) alebo darovať pozitívne druhy (ako katióny), zatiaľ čo a základňa Je to akákoľvek látka, ktorá robí opak: akceptuje pozitívne druhy o darovať negatívne druhy.
Táto formulácia je taká široká, že zahŕňa nielen tradičné acidobázické reakcie, ale aj mnoho procesov... oxidačno-redukčná (redoxná)V praxi sa acidobázická reakcia v Usanovičovom zmysle prekrýva s redoxnou reakciou, čím sa hranica medzi nimi veľmi rozmazáva. Tento nedostatok jasného rozlíšenia je jedným z dôvodov, prečo jej definícia nebola v základnom vzdelávaní široko prijatá, hoci má významnú koncepčnú hodnotu.
Zatiaľ čo mnohé teórie acidobázickej rovnováhy sa zameriavajú na tvorba a rozbíjanie väzieb kovalentné alebo koordinačné, Usanovichova definícia, podobne ako niektoré redoxné prístupy, zdôrazňuje fyzický prenos bremien (ióny alebo elektróny). Táto perspektíva je užitočná v určitých oblastiach teoretickej chémie, ale menej praktická pri hľadaní jednoduchej operačnej klasifikácie pre všeobecné použitie.
Definícia Lux-Flood
V špecifických kontextoch, ako napríklad geochémia a elektrochémia roztavených solíLux-Floodova definícia sa používa na opis správania acidobázických vzťahov v neprítomnosti vody a voľných protónov. Túto teóriu navrhol Hermann Lux a neskôr ju rozvinul a spopularizoval Håkon Flood, čo viedlo k modelu, ktorý má mimoriadny význam v iónových systémoch pri vysokých teplotách.
Podľa tejto definície, a základňa je donor oxidových aniónov (O2-)zatiaľ čo a kyselina je akceptor oxidových aniónovV reakciách študovaných týmto prístupom je výmena oxidových aniónov medzi iónovými látkami kľúčom k pochopeniu smeru procesov a stability prítomných fáz.
Definícia Lux-Flood je obzvlášť užitočná na interpretáciu reakcií v oxidové taveninyv tvorba minerálov v zemskej kôre a v spracovanie kovov elektrolýzou v roztavených soliach. Hoci sa to môže zdať veľmi špecializované, zdôrazňuje to, ako možno koncept kyslosti a zásaditosti prispôsobiť prostrediam, kde je úloha vody irelevantná alebo neexistuje.
Definícia systému rozpúšťadiel
Model systém rozpúšťadiel Toto predstavuje zovšeobecnenie Arrheniovej definície na iné médiá ako vodu. Tento prístup predpokladá, že mnohé rozpúšťadlá obsahujú určité látky. katióny solvónia y solvóniové anióny, v rovnováhe s neutrálnymi molekulami samotného rozpúšťadla.
V systéme rozpúšťadiel je definovaný ako kyselina na rozpustenú látku, ktorá spôsobuje zvýšenie koncentrácie solvóniových katiónov alebo pokles aniónov solvóniaOkrem toho, a základňa Je to rozpustená látka, ktorá spôsobuje zvýšenie solvóniových aniónov alebo pokles katiónov solvóniaKyslé alebo zásadité správanie látky teda závisí nielen od jej povahy, ale aj od rozpúšťadlo pre betón kde sa nachádza.
Tento model vysvetľuje, prečo sa tá istá látka môže prejaviť rôzne správanie V závislosti od média môže v jednom rozpúšťadle pôsobiť ako kyselina a v inom ako zásada. Okrem toho umožňuje štúdium acidobázických reakcií v systémoch bez prítomnosti vody, ako napríklad v polárnych organických rozpúšťadlách alebo špecializovaných iónových médiách.
Definícia systému rozpúšťadiel zdôraznila dôležitosť zváženia chemické prostredie a nielen vnútorná štruktúra rozpustených látok, ktorá sa ukázala ako kľúčová pre vývoj nových syntetických a analytických metodík v modernej chémii.
Je pozoruhodné vidieť, ako v priebehu dejín chemici z veľmi odlišných období a kontextov navrhovali rôzne definície na ten istý jav. Tieto teórie si zďaleka nie sú protirečivé, zvyčajne sú komplementárneKaždá z nich sa prispôsobila špecifickej oblasti použitia. Spoločne umožnili vytvoriť oveľa komplexnejšiu predstavu o tom, čo sú kyseliny a zásady, ako súvisia so štruktúrou hmoty a ako riadia obrovské množstvo základných reakcií v prírode a v ľudskej technológii.