31. Протолитическая теория кислот и оснований.

Бренстед и Лoури (1923 г.) предложили протолитическую теорию кислот и оснований. Согласно этой теории к кислотам относятся вещества, способные отдавать протоны, а к основаниям – вещества, способные их присоединять. Поскольку отдача протона кислотой – процесс обратимый, то получившийся при этом остаток кислоты может снова присоединить протон и, следовательно, будет основанием. Поэтому с каждой кислотой сопряжено основание, в которое она переходит, теряя протон, например:

кислота		протон		основание
HCL		H+	+	CL-
NH4+		H+	+	NH3
H3O+		H+	+	H2O

Все реакции кислотно-основного взаимодействия по этой теории состоят в обратимом перенос протона от кислоты к основанию. В результате такого процесса образуется пара новых частиц, одна из которых способна отдавать протон, а другая его принимать. Таким образом, кислота оказывается в равновесии с сопряженным основанием, а основание – с сопряженной кислотой:

HA	+	B		A-	+	HB+
Кислота		Основание		Сопряженное основание		Сопряженная кислота

СH3COOH	+	OH-		CH3COO-	+	H2O
Кислота		Основание		Сопряженное основание		Сопряженная кислота

Соединения, которые могут быть как кислотами, так и основаними, называются амфипротными, или амфолитами. К ним относятся вода, продукты ступенчатой диссоциации многоосновных кислот (HPO₄^2-,HC₂O^-₄ ) и т. д., поскольку они могут и присоединять, и отдавать протон.

Вода в очень незначительной степени диссоциирует с образованием ионов гидроксония и гидроксида:

H₂O+ H₂OH₃O⁺+OH^-,

или в упрощенном виде

H₂OH⁺+OH^-

В соответствии с законом действующих масс можно записать

где K_H2O – ионное произведение воды (K_W). Так как α_H2O постоянна, она входит в.

При 25 °С .

Так как при диссоциации воды образуется одинаковое число ионов [H⁺] и [OH^-] и y_H⁺ = y_OH^- = 1 (концентрация [H⁺] и [OH^-] очень мала), получим

(моль/л).    

Для удобства расчетов введены водородный (рН) и гидроксидный (рОН) показатели:

В нейтральных растворах концентрация ионов водорода равна концентрации гидроксид-ионов.

[H⁺]= [OH^-]=10^-7моль/л.

В кислых растворах концентрация ионов Н⁺ больше 10^-7 моль/л; рН<7, а в щелочных – меньше 10^-7; рН>7.

Зная величину рН или рОН, можно вычислить концентрацию ионов водорода или гидроксид-ионов в растворах.

Сила кислот и оснований, согласно протолитической теории, оценивается по реакции с водой. Равновесному состоянию

кислота + Н₂О основание + Н₃О⁺

соответствует константа

Считая концентрацию молекул [Н₂О] в разбавленных растворах постоянной, получают выражение для константы равновесия кислотно-основной пары (K)

Чем больше величина константы, тем выше концентрация [Н₃О⁺] и тем сильнее кислота. В кислотно-основной паре сильной кислоте соответствует слабое основание и наоборот.

Например, сильная кислота HSO^-₄ образует пару с очень слабым основанием SO^2-₄ .

Очень слабой кислоте HCN соответствует в паре довольно сильное основаниеCN^- .