21.6: Бронстед-Лоурі кислотно-лужні реакції

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 21.5: Бронстед-низькі кислоти та основи
- 21.7: Кислоти та основи Льюїса

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Римський бог Янус вважався богом воріт, дверей, початків і закінчень. Його зображують двома особами, дивлячись відразу в дві сторони. Янус був би в хорошому становищі, щоб подивитися на кислотно-лужні реакції, які ми бачимо в цій концепції, оскільки вони є рівноважними реакціями, що включають дві різні форми як кислот, так і підстав.

Brønsted-Lowry Кислотно-лужні реакції

Кислотно-лужною реакцією, згідно з визначенням Бронстеда-Лоурі, є перенесення протона з однієї молекули або іона в іншу. При розчиненні аміаку у воді він проходить наступну оборотну реакцію.

$\begin{array}{ccccccc} \ce{NH_3} \left( aq \right) & + & \ce{H_2O} \left( l \right) & \rightleftharpoons & \ce{NH_4^+} \left( aq \right) & + & \ce{OH^-} \left( aq \right) \\ \text{base} & & \text{acid} & & \text{acid} & & \text{base} \end{array}\nonumber$

У цій реакції молекула води дарує протон молекулі аміаку. Отримані продукти - іон амонію і гідроксид-іон. Вода діє як кислота Бронстед-Лоурі, тоді як аміак діє як основа Бронстед-Лоурі. Гідроксид-іон, який виробляється, змушує розчин бути основним.

Ми також можемо розглянути зворотну реакцію в наведеному вище рівнянні. У цій реакції іон аміаку дарує протон гідроксидному іону. Іон амонію - це кислота Бронстеда-Лоурі, тоді як гідроксидний іон є основою Бронстеда-Лоурі. Більшість кислотно-лужних реакцій Бронстеда-Лоурі можна проаналізувати таким чином. Одна кислота і одна основа є реагентами, а одна кислота і одна основа - продукти.

У вищевказаній реакції вода виступала в ролі кислоти, яка може здатися трохи несподіваною. Вода також може виступати в якості основи в кислотно-лужній реакції Бронстеда-Лоурі, якщо вона реагує з речовиною, яка є кращим донором протонів. Нижче показана реакція води з іоном сульфату водню.

$\begin{array}{ccccccc} \ce{HSO_4^-} \left( aq \right) & + & \ce{H_2O} \left( l \right) & \rightleftharpoons & \ce{H_3O^+} \left( aq \right) & + & \ce{SO_4^{2-}} \left( aq \right) \\ \text{acid} & & \text{base} & & \text{acid} & & \text{base} \end{array}\nonumber$

Так, вода здатна бути або кислотою, або основою, характеристикою називається амфотеризм. Амфотерна речовина - це та, яка здатна діяти як кислота або основа, жертвуючи або приймаючи іони водню.

Кон'югатні кислоти та основи

Коли речовина, яка діє як кислота Бронстеда-Лоурі, здає свій протон, вона стає основою в зворотній реакції. У вищеописаній реакції іон сульфату $\left( \ce{HSO_4^-} \right)$ водню дарує протон воді і стає сульфатним іоном $\left( \ce{SO_4^{2-}} \right)$ . The $\ce{HSO_4^-}$ і $\ce{SO_4^{2-}}$ пов'язані один з одним наявністю або відсутністю $\ce{H^+}$ іона. Кон'югатна кислотно-лужний пара - це пара речовин, пов'язаних втратою або посиленням одного іона водню. Кон'югатна кислота - це частинка, що утворюється, коли основа приймає протон. Іон сульфату водню - це кон'югатна кислота сульфатного іона. Кон'югатна основа - це частинка, що утворюється, коли кислота дарує протон. Сульфат-іон є кон'югатною основою іона сульфату водню.

У реакції, проілюстрованої нижче, вода служить одночасно кислотою і основою. Одна молекула води служить кислотою і дарує протон. Інша молекула води функціонує як основа, приймаючи протон.

Малюнок $\PageIndex{1}$ : Молекули води у вигляді кон'югатної кислотно-лужної пари. (КУБ.СМ ПО-НК; К-12)

Типова кислотно-лужна реакція Брёнстеда-Лоурі містить дві кон'югатні кислотно-лужні пари, як показано нижче.

$\ce{HNO_2} \left( aq \right) + \ce{PO_4^{3-}} \left( aq \right) \rightleftharpoons \ce{NO_2^-} \left( aq \right) + \ce{HPO_4^{2-}} \left( aq \right)\nonumber$

Одна спряжена кислотно-лужної пари - $\ce{NHO_2}$ / $\ce{NO_2^-}$ , тоді як інша пара - $\ce{HPO_4^{2-}}$ / $\ce{PO_4^{3-}}$ .

Резюме

Кислотно-лужною реакцією, згідно з визначенням Бронстеда-Лоурі, є перенесення протона з однієї молекули або іона в іншу.
Кон'югатна кислотно-лужний пара - це пара речовин, пов'язаних втратою або посиленням одного іона водню.
Кон'югатна кислота - це частинка, що утворюється, коли основа приймає протон.
Кон'югатна основа - це частинка, що утворюється, коли кислота дарує протон.
Наведено приклади спряжених кислотно-лужних пар.