16.2. Теория кислот и оснований Бренстеда

Наиболее широкое распространение получила протолитическая теория кислот и оснований, основные положения которой сформулированы Бренстедом в 1923 г.

В качестве основного признака кислотно-основных взаимодействий Бренстед рассматривает перенос протона, и кислотой является вещество А,способное отщеплять протон(донор протонов):

А Н⁺+ В, (16.1)

а основанием – вещество В, способное присоединять протон (акцептор протонов):

В + Н⁺А (16.2)

Как кислота А, так и основание В могут быть нейтральными молекулами или заряженными частицами (катионные и анионные кислоты и основания).

В растворе реакция отщепления протона (16.1) не осуществляется изолированно, в растворе должны быть частицы, способные присоединять протон, т.е. основание, в качестве которого может выступать какое-либо растворенное вещество или растворитель. Таким образом, в растворе находятся две протолитические системы и продуктами кислотно-основного взаимодействия являются новые кислота и основание:

А_I + В_II L B_I + А_II (16.3)

^{кислота I основание II основание I кислота II}

Кислота А_I(или А_II) и соответствующее ей основание В_I(или В_II) называютсясопряженной парой. Сильная кислота при этом сопряжена с относительно слабым основанием, а слабая кислота – с относительно сильным основанием.

Схема (16.3) позволяет описать ряд реакций в растворах электролитов с единой точки зрения. Ниже приводятся некоторые примеры таких реакций:

кисл. А_Iоснов. В_IIоснов. В_Iкисл. А_IIреакция

HCl + NH₃LCl^–+cолеобразование

HCl + H₂OLCl^– + H₃O⁺диссоциац. кислоты

H₂O + NH₃LOH^–+диссоц. основания

H₂O + H₂OLOH^–+ H₃O⁺автоионизация

+ H₂OLNH₃+ H₃O⁺гидролиз катиона

H₂O + CH₃COO^–LOH^–+ CH₃COOH гидролиз аниона

HSO₄^–+ OH^– LSO₄^2–+ H₂O нейтрализация

Реакция автоионизации (автопротолиза) характерна не только для воды, но и для ряда других растворителей – аммиака (NH₃+ NH₃L+), спиртов (ROH + ROHLRO^–+ R) и т.п. Ионы, возникающие в результате сольватации протона молекулой растворителя, называют ионамилиония(гидроксониевый Н₃О⁺, аммониевый, этоксониевый С₂Н₅), а ионы, образовавшиеся в результате отщепления протона от молекулы растворителя, –лиат-ионами (алкоголят-ион RО^–).

По способности к участию в кислотно-основных взаимодействиях можно выделить несколько групп растворителей.

Апротонныерастворители не способны к автопротолизу. Они или не участвуют в протолитических реакциях (например, бензол, четыреххлористый углерод) или проявляют основные свойства (диметилсульфоксид, диметилформамид).

Протогенные, или кислые растворители способны отщеплять протон (уксусная, серная кислоты).

Протофильные, или основные растворители способны связывать протон (жидкий аммиак).

Амфотерныерастворители проявляют как кислотные, так и основные свойства (вода, спирты). В определенной степени проявляет амфотерные свойства большая часть полярных растворителей, в том числе считающиеся протогенными или протофильными, что проявляется в реакциях автопротолиза.

Кислотно-основные свойства растворенных веществ определяются сродством к протону молекул растворителя. Если лиат-ион имеет меньшее сродство к протону, чем растворенное вещество, то это вещество ведет себя как основание (например, аммиак в воде). Если же молекула растворителя имеет большее сродство к протону, чем основание, сопряженное с растворенным веществом, то это вещество ведет себя как кислота (уксусная кислота в воде).