Кислотність і основність по Бренстеду-Лоурі
За Бренстеду-Лоурі, кислоти являють собою речовини, здатні віддавати протон, а підстави - речовини, що приєднують протон. Такий підхід відомий як бренстедовськие кислотність і основність органічних сполук або протонна теорія кислот і основ (Протолітична теорія): кислота протон + підставу. p> Процес відриву протона і його приєднання іншим партнером по взаємодії проілюструємо найпростішим прикладом. Розглянемо хімізм процесу розчинення сірчаної кислоти у воді. Сірчана кислота віддає протон основи, роль якого виконує вода, при цьому утворюються нова кислота (іон гідроксонію H3О +) і нову підставу (бісульфат-аніон). Останні ще називаються відповідно сполученої кислотою і сполученим підставою. З переходом протона взаємодіючі з'єднання помінялися ролями - сірчана кислота перетворилася в поєднане підставу, а вода (підстава) - у сполучену кислоту H3O +:
При змішуванні сірчаної та оцтової кислот остання відіграє роль підстави. Утвориться протоновану оцтова кислота і бісульфат-аніон відповідно є сполученими кислотою і підставою: тобто, по Бренстеду-Лоурі, кислотно-основна взаємодія розглядається як процес передачі протона. Наведені приклади показують, що не може бути абсолютного поділу речовин на кислоти і підстави. Такий поділ носить відносний характер. Речовини, потенційно здатні бути кислотами, стають такими тільки у присутності основи, і навпаки. p> Незважаючи на відносний характер, поділ речовин на кислоти і підстави існує, і в основу такого поділу покладені кислотно-основні взаємодії у воді. Тобто вода прийнята за своєрідний стандарт для оцінки кислотно-основних властивостей речовин - стандарт нейтрального середовища. Якщо в аналогічних умовах розглядається речовина здатна віддавати водень у вигляді протона легше, ніж вода, то його слід віднести до групи кислот. Якщо речовина по здібності приєднувати (пов'язувати) протон перевершує воду - це підстава (Основність вище, ніж у води). Віднесення речовин до кислот або підстав не заважає розглядати їх кислотно-основні властивості у всьому діапазоні кислотно-основних взаємодій, тобто кислоту в ролі підстави і навпаки. p> Чому все-таки воді дісталася роль своєрідного стандарту в діленні речовин на кислоти і підстави? Вода - одне з найпоширеніших на Землі сполук. Її кислотно-основні властивості визначають природний фон (Атмосфера, грунт, моря і океани). Вода добре розчиняє багато полярні і диссоциирующие на іони речовини. По фізичних характеристиках вода добре сольватується як недіссоціірованную молекули, так і вільні іони. Крім того, молекули води здатні до автопротолізу - передачу протона між молекулами одного і того ж речовини. p> Кислотність сполук кількісно оцінюється часткою іонізованої форми речовини в розчині (воді) або константою рівноваги (К) реакції перенесення протона від кислоти до води як основи. Так, для оцтової кислоти (вода була взята в значному надлишку, і її концентрація практично не змінюється) константа кислотності Ка (де а - початкова буква від англ. acid - кислота) виводиться з виразу
Чим більше Ка (відповідно чим вище частка іонізованої форми речовини), тим сильніше кислота. Для оцтової кислоти Ка дорівнює 1,75 "10 - 5. Такими дуже малими величинами незручно користуватися, тому використовують від'ємний логарифм - lg Ка = pКа. Для оцтової кислоти значення рКа = 4,75. Треба мати на увазі, що, чим менше величина рКа, тим сильніше кислота. p> При розчиненні у воді підстав вода виконує роль кислоти. У внаслідок перенесення протона від води до основи утворюються сполучена кислота HB + і поєднане підставу OH-:
B + H2O HB + + HO-. p> Константа основності Кb (b - початкова буква від англ. basic - основний) заснування У у воді визначається виразом
У розглянутих прикладах кислотно-основних взаємодій утворюються сполучені кислотно-основні пари. Між силою кислоти і сполученого з нею підстави існує наступна залежність: чим слабкіше кислота, тим більше сила сполученого з нею підстави, і навпаки. Так, вода як слабка кислота і слабка основа, втрачаючи або приєднуючи протон, перетворюється на поєднане сильне підставу (ОН-) або сполучену сильну кислоту (Н3О +). Кислотно-основні рівноваги зміщені в напрямку освіти більш слабкої кислоти і більше слабкої основи. Тому в схемі автопротоліза води рівновагу практично повністю зміщена в бік неіонізованій форми. Якщо розташувати кислоти в порядку зменшення їх сили, то сила відповідних (Пов'язаних) підстав буде змінюватися в зворотному порядку:
сила кислот: H2SO4> H3O +>> H2O,
сила підстав: Основність сполук оцінюють за величиною рКа зв'язаних з ними кислот. Чим більше величина рКа поєднаної кислоти, тим більше основність з'єднання. Для цих же цілей можна скористатися відомою залежністю: твір константи кислотності кислоти і константи основності сполуче...
