Protolitska teorija kiselina i Bronsted-Lowry baza

Protolitska teorija kiselina i baza nalazi se na rubu dviju znanosti - fizike i kemije. S njom se opisuju svojstva i priroda svih baza i kiselina. Znanstvenici su podijeljeni u dvije klase tvari koje međusobno djeluju.

Problem teorije

Protolitska teorija kiselina i baza pomaže riješiti važan problem: predvidjeti koji su proizvodi nastali kao rezultat njihove interakcije i kako će se ova reakcija nastaviti. Da biste to postigli, stručnjaci primjenjuju kvantitativne i kvalitativne značajke kiseline i baze.

U ovom slučaju, postoji nekoliko teorija koje različito tumače što su kiseline i baze. Na različite načine, oni procjenjuju svoje druge karakteristike. U konačnoj analizi ovisi o tome što će rezultat reakcije biti.

Konceptualni kemijski sustavi

Protolitska teorija kiselina i baza iznimno je popularna kada treba saznati kako oni djeluju u prirodi. Naširoko se koristi u industrijskoj praksi i znanstvenom području. Teorijsko poznavanje posljedica interakcije baza i kiselina određuje formiranje konceptualnih sustava kemije, utječe na sve vrste teorijskih pojmova u gotovo svim kemijskim disciplinama.

Razvoj znanja o interakciji kiselina i baza

Protolitska teorija kiselina i baza je jedan od temeljnih u kemiji. Ključni pojmovi prvo su formulirali znanstvenici u 17. stoljeću. Istovremeno, njihov se sadržaj nakon toga mnogo puta promijenio i revidirao.

Engleski kemičar iz 17. stoljeća Robert Boyle vjerovali su da su kiseline tijela čiji atomi imaju oštre izbočine, a baze su njihove pore. Stoga, po njegovom mišljenju, cijela reakcija neutralizacije smanjuje se na činjenicu da su kisele izbočine prodrle u pore na podlozi.

Po prvi put teoriju kiselina i baza je predložio francuski farmaceutar Nicola Lemeri. Godine 1675. objavio je "Kemičarski tečaj" u kojem je detaljno prikazao kemijska i fizikalna svojstva tvari na temelju njihovog oblika i strukture. Lemery je zamislio da kiseline imaju oštre bodlje zbog kojih se pojavljuje nelagoda na koži. Krstio je baze s lužinama, sugerirajući da je njihova struktura porozna. Kao rezultat toga nastaju neutralne soli.

Već u XVIII stoljeću, drugi francuski prirodoslovac Antaun Lavoisier povezao je svojstva kiselina s prisutnošću u njihovom sastavu atoma kisika. Ova je hipoteza dokazana njezinim neuspjehom kada je engleski kemičar Humphry Davy i njegov francuski kolega Joseph Louis Gay-Lussac identificirali brojne kiseline koje uopće nisu sadržavale kisik. Među njima su halogenirani vodik ili cijan kiselina. Istovremeno, pronađen je veliki broj spojeva koji sadržavaju kisik koji nisu imali svojstva kiselina.

Suvremeni prikazi

Koncept protolitske teorije kiselina i baza znatno se promijenio u 19. stoljeću. Kemisti su počeli smatrati samo kiselinama one tvari koje su u mogućnosti komunicirati s metalima i oslobađaju vodik. Na takve zaključke njemački znanstvenik Justus von Liebig došao je 1839. godine. On se smatra jednim od osnivača agrokemije i organske kemije.

Paralelno s njim, švedski minerolog Jens Jacob Berzelius formulirao je ideju da je za kiseline potrebno dodati negativne okside ne-metala, dok su oksidi s pozitivnim nabojem baze. To je pomoglo objasniti osnovna svojstva kiselina i baza. Zato se kiselost i bazičnost Šveđana smatra funkcionalnim svojstvom spojeva. Bio je to koji je po prvi put na svijetu pokušao predvidjeti krajnju snagu tvari koje razmišljamo.

Glavne odrednice protolitske teorije kiselina i baza formulirane su nakon objavljivanja rada još jednog švedskog kemičara Svante August Arrhenius. Godine 1887. sažeti je teoriju disocijacije električne energije. Nakon toga je postojala stvarna prilika za opisivanje svojstava kiselina i baza na temelju proizvoda ionizacije elektrolita. I zahvaljujući doprinosu rusko-njemačkog kemičara Wilhelma Friedricha Ostwalda, teorija je formulirana za slabe elektrolite.

U dvadesetom stoljeću, američki znanstvenici Cady, Franklin i Kraus opravdavali su teoriju solvosustava. Počelo se primjenjivati ​​i na odredbe Arruniusa i Ostwald, te na sva druga otapala koja bi se mogla samostalno povezati.

Danas protolitska teorija kiselina najbolje je formulirala Dane Johannes Nicolaus Brønsted i američki Gilbert Newton Lewis, koji se također bavio nuklearnom fizikom i termodinamikom.

Liebigova teorija

Prema Liebigovoj teoriji vodika, kiselina je tvar koja može reagirati s metalima, što rezultira stvaranjem vodika. U ovom slučaju, koncept "zaklade" Liebig nije uopće uvodio.

Kao rezultat reakcije nastaju vodik i sol. Kada reagira sa jakim kiselinama, reakcija se očituje metalom. Danas se teorija koristi samo za predviđanje interakcije tvari koje sadrže vodik i metala u otapalima.

Teorija Arrhenius-Ostwald

Razumijevajući što je protolitička teorija kiselina i baza Arrhenius-Ostwald, napominjemo da se u njoj smatraju sve tvari koje tvore vodikove katione u vodenoj otopini. U ovom slučaju, smatraju se samo tvari s kojima se dobiva metalni ili amonijev kation u vodenoj otopini.

Kao rezultat reakcije nastaju voda i sol. Zabilježena je ovisnost kada jake kiseline djeluju u jakim bazama. Na temelju ove teorije bilo je moguće opravdati podjelu elektrolita, a uvedena je i određivanje indeksa vodika koji je proširen na alkalne medije. Također se koristi za hidrolizu soli i baza koje sadrže soli. Međutim, rjeđe. Bitno je da to zahtijeva nezgrapan izračun. Dok je teorija protona puno jednostavnija.

Bronsted-Lowryova teorija

Protolitska teorija kiselina i baza Bronsted - Lowry se prvi put pojavila 1923. Bronsted i Lowry su ga formulirali neovisno jedan od drugoga. Znanstvenici su ujedinili koncepte kiselina i baza u jednu cjelinu.

Prema njihovim idejama, kiseline su molekule ili ioni koji imaju ulogu proton donora u reakciji. Istodobno, baze su samo one molekule ili ioni koji su sposobni priložiti protone. U ovoj teoriji, kiseline i baze su određene protolite. Koja je bit?

Protolitska teorija kiselina i baza u kemiji smanjuje prijenos protona iz kiseline u bazu. I u ovom trenutku, kiselina, nakon što je izgubila proton, sama se pretvara u bazu. A ona već može dodati novi proton u sebe. Baza u ovom trenutku postaje kiselina, tvoreći protoniranu česticu.

Stoga, u bilo kojoj interakciji tvari koju razmatramo, uključeni su dva para baza i kiselina. Bronsted ih naziva konjugiranim. To su glavne odredbe koje nam omogućuju formuliranje protolitičke teorije kiselina i baza. Protolitske reakcije u ovom slučaju prolaze na dva načina, jer svaka tvar, ovisno o uvjetima, može biti i kiselina i baza.

Kasnije, Bronsted je razvio teoriju kiselinske baze, a Lowry je radio na optičkoj aktivnosti organskih spojeva.

Teorija solvosustava

Teorija solvosustava pojavila se u razvoju ideja koje su iznijeli Arrhenius i Ostwald. Najčešće se koristi u reakcijama s protonskim otapalima. Bila mu je ponuđena tri Amerikanca - Cady, Franklin i Kraus.

Prema ovoj hipotezi, osnova je ionsko otapalo. Može se raspadati u pojedinačne ione u odsutnosti otapala. U ovom slučaju kation i anion. Prvi je litij ion, a drugi litij ion. Proton otapalo upotrijebljeno u reakciji sposobno je prenijeti proton iz bilo koje neutralne molekule tekućine u drugu. Kao rezultat, formira se jednaka količina aniona i kationa.

Proizvod ove reakcije je otapalo i sol.

Ova se teorija koristi za predviđanje reakcija između kiselina i baza u bilo kojem otapalu. Također je moguće kontrolirati ove procese s otapalom. Teorija detaljno opisuje svojstva tvari koje ne sadrže kisik i vodik.

Lewisova teorija

Teorija Lewisa formulirana je 1923. Temelji se na elektronskim prikazima dostupnim u to doba u znanosti. Uz njihovu pomoć, bilo je moguće maksimalno proširiti definiciju baze i kiseline.

U kemiji postoji koncept "Lewisove kiseline". To je ion ili molekula koja ima slobodne elektronske orbite, na koje elektronski parovi mogu primiti. Živi primjer su protoni - ioni vodika, kao i ioni određenih metala, nekih soli i tvari.

Ako Lewisova kiselina nema vodika, naziva se aprotično.

Teorija Usanovicha

Najopćenitija teorija kiselina i baza 1939. godine formulirala je sovjetski kemičar Mikhail Usanovich.

Temelji se na pojmu da svaka interakcija između kiseline i baze dovodi do reakcije soli. Dakle, kiselina se definira kao čestica koja odvaja katione od sebe, uključujući protone, i također dodaje anione i, prije svega, elektrone za sebe.

Istovremeno, baza je čestica koja ima sposobnost pričvrstiti proton ili bilo koji drugi kation na sebe. Ali može također dati elektron ili anion. Temeljna razlika od Lewisove teorije je da osnova definicija "baze" i "kiseline" nije struktura njihove elektroničke ljuske, već znak napunjenosti njihovih čestica.

Međutim, u teoriji Usanovića postoje nedostaci. Glavni od njih - veliki broj generalizacija i fuzzy formulacija osnovnih pojmova. Osim toga, ova teorija ne dopušta nam dati kvantitativna predviđanja posljedica interakcije kiselina i baza.