Θεωρία οξέος και βάσεων Bronsted Lowry

Η θεωρία οξέος και βάσης Bronsted Lowry δηλώνει ότι ένα οξύ δίνει ένα πρωτόνιο (ιόν υδρογόνου, Η+), ενώ μια βάση δέχεται ένα πρωτόνιο. Η αντίδραση σχηματίζει τη συζευγμένη βάση του οξέος και το συζυγές οξύ της βάσης. Άλλα ονόματα για τη θεωρία είναι η θεωρία Brønsted–Lowry ή θεωρία πρωτονίων οξέων και βάσεων . Ο Johannes Nicolaus Brønsted και ο Thomas Martin Lowry περιέγραψαν ανεξάρτητα τη θεωρία το 1923 ως γενίκευση της θεωρίας του Arrhenius για τα οξέα και τις βάσεις.

• Η θεωρία Brønsted–Lowry ορίζει τα οξέα ως δότες πρωτονίων και τις βάσεις ως δέκτες πρωτονίων.
• Ένα πρωτόνιο είναι ουσιαστικά ένα ιόν Η, επομένως όλα τα οξέα Bronsted Lowry περιέχουν υδρογόνο.
• Τα οξέα και οι βάσεις υπάρχουν ως συζυγή ζεύγη. Όταν το οξύ δίνει ένα πρωτόνιο, σχηματίζει τη συζυγή του βάση. Όταν μια βάση δέχεται ένα πρωτόνιο, σχηματίζει το συζυγές οξύ του.
• Ορισμένες ενώσεις δρουν είτε ως οξύ είτε ως βάση, ανάλογα με την αντίδραση. Οι ενώσεις που είναι και οξέα και βάσεις είναι αμφοτερικές.

Ορισμός των οξέων και βάσεων Bronsted Lowry

Σύμφωνα με τη θεωρία Bronsted Lowry, ένα οξύ είναι δότης πρωτονίων. Δεδομένου ότι ένα πρωτόνιο είναι ουσιαστικά το ιόν Η, όλα τα οξέα Bronsted-Lowry περιέχουν υδρογόνο. Μια βάση είναι ένας δέκτης πρωτονίων. Όταν το οξύ δίνει ένα πρωτόνιο, γίνεται η συζευγμένη βάση του. Όταν μια βάση δέχεται ένα πρωτόνιο, σχηματίζει το συζυγές οξύ του. Μια αμφοτερική ένωση είναι το είδος που μπορεί είτε να δωρίσει είτε να δεχτεί ένα πρωτόνιο.

Για παράδειγμα, εξετάστε την αντίδραση μεταξύ υδροχλωρικού οξέος (HCl) και αμμωνίας (NH₃ ) που σχηματίζει το ιόν αμμωνίου (NH₄ ) και ιόν χλωρίου (Cl).

HCl(aq) + NH₃ (aq) → NH₄ (aq) + Cl(aq)

Σε αυτή την αντίδραση, το HCl δίνει ένα υδρογόνο στο NH₃ . Το HCl είναι το οξύ Bronsted Lowry και το NH₃ είναι η βάση Bronsted Lowry. Όταν το HCl δίνει το πρωτόνιό του, σχηματίζει τη συζυγή του βάση, το Cl. Όταν NH₃ δέχεται ένα πρωτόνιο, σχηματίζει το συζευγμένο του οξύ, NH₄ . Άρα, η αντίδραση περιέχει δύο συζυγή ζεύγη:

• HCl (οξύ) και Cl (συζευγμένη βάση)
• NH₃ ​ (βάση) και NH₄ (συζευγμένο οξύ)

Ισχυρά και αδύναμα οξέα Lowry Bronsted και βάσεις

Ένα οξύ ή μια βάση είναι είτε ισχυρό είτε αδύναμο.

Ένα ισχυρό οξύ ή βάση διασπάται πλήρως στο ιόν του στον διαλύτη του, που συνήθως είναι νερό. Όλο ένα ισχυρό οξύ μετατρέπεται στη συζευγμένη του βάση, ενώ όλη μια ισχυρή βάση μετατρέπεται στο συζευγμένο οξύ του. Η συζευγμένη βάση ενός ισχυρού οξέος είναι μια πολύ αδύναμη βάση. Το συζυγές οξύ μιας ισχυρής βάσης είναι ένα πολύ ασθενές οξύ. Παραδείγματα ισχυρών οξέων Bronsted Lowry περιλαμβάνουν το υδροχλωρικό οξύ (HCl), το νιτρικό οξύ (HNO₃ ), θειικό οξύ (H₂ SO₄ και υδροβρωμικό οξύ (HBr). Παραδείγματα ισχυρών βάσεων περιλαμβάνουν το υδροξείδιο του νατρίου (NaOH), το υδροξείδιο του καλίου (KOH), το υδροξείδιο του λιθίου (LiOH) και το υδροξείδιο του ασβεστίου (Ca(OH₂ )).

Ένα ασθενές οξύ ή βάση διασπάται ατελώς, φτάνοντας σε μια κατάσταση ισορροπίας όπου τόσο το ασθενές οξύ όσο και η συζευγμένη βάση ή η ασθενής βάση και το συζευγμένο οξύ παραμένουν αμφότερα σε διάλυμα. Παραδείγματα αδύναμων οξέων Bronsted Lowry περιλαμβάνουν το φωσφορικό οξύ (H₃ PO₄ ), νιτρώδες οξύ (HNO₂ ), και οξικό οξύ (CH₃ COOH). Παραδείγματα ασθενών βάσεων περιλαμβάνουν την αμμωνία (NH₃ ), υδροξείδιο του χαλκού (Cu(OH)₂ και μεθυλαμίνη (CH3NH2).

Θυμηθείτε ότι το νερό είναι αμφοτερικό και δρα ως οξύ σε ορισμένες αντιδράσεις και ως βάση σε άλλες αντιδράσεις. Όταν διαλύετε ένα ισχυρό οξύ στο νερό, το νερό λειτουργεί ως βάση. Όταν διαλύετε μια ισχυρή βάση στο νερό, το νερό λειτουργεί ως οξύ.

Για παράδειγμα:

HCl(aq) + H₂ O(l) → H₃ O(aq) + Cl(aq)

Τα συζυγή ζεύγη είναι τα εξής:

• HCl (οξύ) και Cl- (συζευγμένη βάση)
• H₂ O (βάση) και H₃ O (συζευγμένο οξύ)

NaOH(s) + H₂ O(l) → Na(aq) + OH(aq)

Τα συζυγή ζεύγη είναι τα εξής:

• NaOH (βάση) και Na (συζευγμένο οξύ)
• H₂ Ο (οξύ) και ΟΗ (συζευγμένη βάση)

Πώς να βρείτε το pH

Τα οξέα έχουν pH κάτω από 7, ενώ οι βάσεις έχουν pH πάνω από 7. Δείτε πώς βρίσκετε την τιμή.

Σύγκριση με οξέα και βάσεις Arrhenius

Η θεωρία του Bronsted Lowry είναι λιγότερο περιοριστική από τη θεωρία των οξέων και βάσεων του Arrhenius. Για ένα πράγμα, επιτρέπει άλλους διαλύτες εκτός από το νερό. Μια άλλη διαφορά σχετίζεται με τις καθοριστικές ιδιότητες των οξέων και των βάσεων. Σύμφωνα με τη θεωρία του Arrhenius, τα οξέα αυξάνουν τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου (Η) στο νερό, ενώ οι βάσεις αυξάνουν τη συγκέντρωση ιόντων υδροξειδίου (ΟΗ) στο νερό. Η θεωρία Bronsted Lowry επιτρέπει βάσεις που δεν περιέχουν ΟΗ ή τουλάχιστον σχηματίζουν το ιόν του στο νερό. Για παράδειγμα, αμμωνία (NH₃ ) είναι βάση Arrhenius γιατί παρόλο που δεν περιέχει ΟΗ, αυξάνει τη συγκέντρωση ιόντων υδροξειδίου στο νερό. Η αμμωνία είναι επίσης μια βάση Bronsted Lowry. Ωστόσο, η μεθυλαμίνη (CH3NH2) είναι μια βάση Bronsted Lowry, αλλά όχι μια βάση Arrhenius. Δεν περιέχει υδροξείδιο ούτε αυξάνει τη συγκέντρωση ιόντων στο νερό.

Κυρίως, ο κατάλογος των οξέων Arrhenius και Bronsted Lowry είναι ο ίδιος, αλλά υπάρχουν και εξαιρέσεις. Για παράδειγμα, διμεθυλαμίνη [(CH₃ )₂ Το NH] δεν είναι ποτέ οξύ Arrhenius επειδή η τιμή pKa του είναι χαμηλότερη από το νερό. Δεν αυξάνει το H ή το H₃ Συγκέντρωση Ο στο νερό. Είναι συνήθως μια βάση Bronsted Lowry, αλλά μπορεί να είναι ένα οξύ Bronsted Lowry. Η διμεθυλαμίνη μπορεί να δώσει ένα πρωτόνιο όταν αντιδρά με μια αρκετά ισχυρή βάση, όπως το βουτυλολίθιο (C₄ H₉ Li)

Σύγκριση με οξέα και βάσεις Lewis

Ο Gilbert Lewis πρότεινε τη θεωρία Lewis για τα οξέα και τις βάσεις την ίδια χρονιά που οι Bronsted και Lowry δημοσίευσαν τις θεωρίες τους. Η μεγάλη διαφορά μεταξύ των δύο θεωριών είναι ότι η θεωρία Bronsted Lowry ασχολείται με τα πρωτόνια, ενώ η θεωρία Lewis επικεντρώνεται στα ηλεκτρόνια. Σύμφωνα με τη θεωρία Lewis, ένα οξύ είναι ένας υποδοχέας ζεύγους ηλεκτρονίων, ενώ μια βάση είναι ένας δότης ζεύγους ηλεκτρονίων. Και οι δύο θεωρίες περιλαμβάνουν συζευγμένα οξέα και βάσεις.

Όλα τα οξέα Bronsted Lowry είναι οξέα Lewis, αλλά δεν είναι όλα τα οξέα Lewis οξέα Bronsted Lowry. Η θεωρία Lewis επιτρέπει οξέα που δεν περιέχουν άτομα υδρογόνου. Για παράδειγμα, BF₃ και AlCl₃ είναι οξέα Lewis, αλλά όχι οξέα Bronsted Lowry.

Αναφορές

• Brönsted, J. N. (1923). «Einige Bemerkungen über den Begriff der Säuren und Basen» [Μερικές παρατηρήσεις σχετικά με την έννοια των οξέων και των βάσεων]. Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas . 42 (8):718–728. doi:10.1002/recl.19230420815
• Hall, Norris F. (Μάρτιος 1940). «Συστήματα Οξέων και Βάσεων». Journal of Chemical Education . 17 (3):124–128. doi:10.1021/ed017p124
• Lowry, T. M. (1923). «Η μοναδικότητα του υδρογόνου». Journal of the Society of Chemical Industry . 42 (3):43–47. doi:10.1002/jctb.5000420302
• Masterton, William; Hurley, Cecile; Neth, Edward (2011). Χημεία:Αρχές και Αντιδράσεις . Cengage Learning. ISBN 978-1-133-38694-0.
• Myers, Richard (2003). Τα Βασικά της Χημείας . Greenwood Publishing Group. ISBN 978-0-313-31664-7.