5. Сучасні уявлення про кислоти та луги

Вище були розглянуті поняття "кислота" та "луг" з позиції теорії електричної дисоціації. Однак ця теорія не пояснює багатьох явищ, особливо тих, які можна побачити в неводних розчинах. В одному розчині хлорид амонію веде себе як сіль, дисоціюючи на іони NH₄⁺ та Cl^- , а в рідкому амоніаку хлорид амонію виявляє властивості кислоти (розчиняє метали з утворенням водню). Нітратна кислота в водному середовищі є сильною кислотою. В середовищі фторидної кислоти вона є слабкою кислотою, та для неї стає більш характерною реакція приєднання (а не віддачі) іонів гідрогену:

HNO₃+H⁺↔^{безв. HF} H₂NO₃⁺

Ці особливості розчинів електролітів теорія електричної дисоціації не може пояснити.

В 1923 р. датський вчений І. Бренстед та англійський вчений Т. Лоурі запропонували протонну теорію кислот та лугів (іноді її називають протолітіичною теорією). Згідно з тією теорією кислотами називаються речовини (молекули чи іони), які можуть віддавати іони гідрогену (протони). При віддачі кислотою протона утворюється луг (такі кислота та луг називаються спряженими):

Кислота↔Луг+H⁺

Лужні властивості речовин визначаються можливістю приєднувати протони. Кислоти та луги мають спільну назву – протоліти. Якщо в розчині знаходяться луг та кислота, які не є спряженими, то проходять процеси:

Кислота1↔Луг2+H⁺

Луг1+H⁺↔Кислота2

Сумарне рівняння реакцій має такий вигляд:

Кислота1+ Луг2↔Луг1+Кислота2

Наприклад, реакцію взаємодії амоніаку з гідроген бромідом можна записати так:

HBr ↔ H⁺ + Br ^–

кислота1 луг1

NH₃ + H⁺ ↔ NH⁴⁺

луг2 кислота2

HBr + NH₃ ↔ Br ^- + NH₄⁺

кислота1 луг2 луг1 кислота2

Протонна теорія розширила коло кислот та лугів, це можуть бути не лише молекули, але й іони. Теорію електричної дисоціації можна розглядати лише як окремий випадок протонної теорії.

Протонна теорія показує відносність поняття кислота та луг. Одна й та ж сама речовина в залежності від розчинника, а також тих частинок з якими вона взаємодіє, може бути як кислотою, так і лугом (проявляти амфотерні властивості). Наприклад амфотерні властивості може проявляти гідросульфід-іон HS ^-:

HS ^-+NH₃↔NH₄⁺+S^2-

кислота

HS ^-+HВr↔H₂S+Br^-

луг

Таким чином, протонна теорія є більш універсальною теорією кислот та лугів. Однак і вона має недоліки. Так, протонна теорія не може бути використана задля систем, в яких протікають реакції без участі іонів гідрогену.

Щоб видалити цей недолік, були запропоновані й інші підходи до визначення лугів та кислот. Наприклад, більш загальне визначення кислоти та лугу дав Г. Льюїс. Згідно його уявленням, кислотою (її називають кислотою Льюїса) є частинка, яка приймає електронну пару (є акцептором). Лугом (лугом Льюїса) називається частинка, яка віддає електронну пару (є донором). Наприклад, в реакції

BF₃+:F^-↔[BF₄]^-

BF₃ є кислотою, а :F^- - лугом.

Завдання для самоперевірки

1. Використовуючи уявлення протонної теорії, вкажіть кислоти та луги в системі:

CO₃^2-+H₂O↔HCO₃^-+OH^-

2. Визначте кислоту та луг Льюїса в системі

Cl^-+PCl₅↔[PCl₆]^-

6. Реакції обміну з участю іонітів. Розчинені електроліти можуть вступати в реакції обміну з деякими твердими речовинами, іонітами, що називаються. Іоніти - речовини, , що містять рухомі іони (катіони або аніони), які можуть обмінюватися з катіонами або аніонами електроліту.

Іонітами є природні (деревина, торф) і синтетичні (оксид алюмінію, смоли) речовини. Найбільше практичне значення мають іонообмінні смоли. Залежно від того, якими іонами (катіонами або аніонами) може обмінюватися іоніт, розрізняють катіоніти та аніоніти.

Розглянемо механізм роботи катіоніта, який може обмінювати іони водню на катіони натрію. Формулу катіоніта представимо у вигляді RH, де R - складна (звичайно органічна) частинка. Реакція обміну протікає по схемі:

RH + NaCl  RNa + НС1

Якщо через колонку, заповнену зернами катіоніта RH, пропустити розчин NaCl, то з неї виходитиме розчин НС1. Після пропускання певної кількості розчинів катіоніт піддають регенерації (тобто відновлюють його початковий стан).

Іоніти знайшли широке вживання в народному господарстві. Вони використовуються для отримання і розділення з'єднань рідкісних металів, очищення промислових н стічних вод, зменшення жорсткості води, у фармацевтичній промисловості і багатьох інших галузях.