АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

ХІІІ.4. Протолітична теорія кислот і основ. Буферні суміші

Читайте также:
  1. Cаліцилатна кислота Acidum salicylicum
  2. XV.5. Теорія водневої перенапруги
  3. Азотистая кислота и её соли (нитриты).
  4. Азотна кислота
  5. Аминокислота глицин — основной ингибирующий нейромедиатор спинного мозга. В тканях мозга его немного, но это небольшое количество совершенно необходимо.
  6. Аминокислотный состав белков
  7. Аминокислоты как лекарственные препараты
  8. Аминокислоты, пептиды, белки
  9. Аминокислоты.
  10. БЕЛКИ. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ.
  11. Бензоатна кислота Acidum benzoicum
  12. БИОЛОГИЧЕСКИАКТИВНЫЕАМИНОКИСЛОТЫ,ПЕПТИДЫ, БЕЛКИ

Теорія електролітичної дисоціації дозволила вперше дати строге визначення понять кислота і основа. Арреніус вважав, що кислота характеризується надлишком Н+ - іонів, а основа – надлишком ОН- - іонів в розчині. Наявність в розчині цих іонів і визначає особливі властивості кислоти і основи. Проте кислотно – основні властивості можуть проявлятися речовинами в умовах, коли існування іонів не передбачається. Наприклад, кислоти взаємодіють з металами в органічних середовищах, в яких дисоціація кислоти не має місця. Також і деякі інші властивості неводних, а зокрема і водних розчинів не можуть бути пояснені з позиції теорії електролітичної дисоціації.

В даний час встановлено, що в розчині неможливе існування вільного несольватованого іона водню. Так, у воді завжди має місце рівновага

2О Н3О+ + ОН-

з утворенням іону гідроксонію Н3О+. В загальному вигляді в наслідок сольватації протона утворюються іони ліонію (етоксонію С2Н5ОН2+,амонію NН4+, ацетонію СН3СООН2+ тощо). Існування ліонію, що визначає кислотні властивості розчинів, також не знаходить пояснення в теорії Арреніуса.

На підставі вивчення головним чином каталітичної дії кислот і основ Брьонстед і Лоурі запропонували кислотою назвати речовину, здатну віддавати протон, а основою речовину здатну приєднувати їх. Ця теорія одержала назву протолітичної теорії кислот і основ. Так, речовина А буде називатись кислотою, якщо вона бере участь в реакції

Із цієї схеми видно, що основа В вже не обов’язково пов’язана з гідроксильною групою. Як окисно – відновна реакція вимагає одночасного існування окисненої і відновленої форм, так і передача протону кислотою передбачає існування речовини, здатної приймати протон, тобто основи. Речовина, що приєднала протон, в свою чергу вже може виступати в ролі кислоти. Так, в розчині соляної кислоти можна розглядати існування таких форм:

Як видно, в протолітичній рівновазі з кожною кислотою спряжена відповідна основа (HCl і Cl-,H3O+ і H2O).

Таким чином, теорія Брьонстеда – Лоурі має більш загальний характер, ніж класична теорія Арреніуса. Так, в число кислот вона включає не лише нейтральні молекули:

HNO3 NO3¯ + H+

 

CH3COOH CH3COO¯ + H+ ,



але і аніони

HSO4¯ SO4 + H+

 

H2PO4¯ HPO4 + H+

Катіони:

H3O+ H2O + H+

 

NH4+ NH3 + H+

 

Комплексні гідрати металів:

Al(H2O)63+ Al(OH)(H2O)52+ + H+

 

Fe(H2O)63+ Fe(OH)(H2O)52+ + H+

 

Комплексні іони:

[Pt(NH3)5H2O]4+ [Pt(NH3)5OH]3+ + H+

Таким же чином можна виділити нейтральні основи : Н2О, NH3, C6H5NH2; аніонні основи : OH¯, NH2¯, HPO4¯, CH3COO¯; катіонні основи : H2N – NH3+, H2N – (CH2)2 – NH3+.

Протони, що віддає кислота, зазвичай з’єднуються з розчинником (вище приведена схема взаємодії HCl з H2O).

Якщо молекули розчинника не здатні ні приєднувати, ні віддавати протони, то в такому розчиннику речовина не може проявляти ні кислотних, ні основних властивостей. Таким чином, розчинена речовина лише тоді проявляє кислотні властивості, коли розчинник володіє основними властивостями, а основні – коли розчинник володіє кислотними властивостями.

Розчинники, що приєднують протони, а значить володіють властивостями основи, називаються протофільними (вода, спирти, рідкий аміак, аміни і ін.). Розчинники, що віддають протони і відповідно володіють кислотними властивостями, називаються протогенними (вода, спирти, оцтова, сірчана кислоти, рідкий хлористий водень та ін.). Розчинники, що не здатні ні віддавати, ні приєднувати протони, називаються апротонними (наприклад, бензол).

Виходячи з таких уявлень, можна сказати, що розчин кислоти або основи у воді є системою, в якій відповідно реалізується рівновага між двома парами спряжених кислот і основ:

 

Таким чином, в залежності від властивостей розчинника і розчинюваної речовини вони можуть виступати або в ролі кислоти, або в ролі основи. Реакції, при яких відбувається перехід протонів, одержали назву протолітичних.

Існують і інші теорії кислот і основ, що дозволяють іще ширше трактувати поняття “кислота” і “основа”.

‡агрузка...

На практиці нерідко виникає необхідність мати розчини з таким значенням концентрації водневих іонів, яка майже не міняється від тих чи інших дій. Розчини з такими властивостями називають буферними. До таких відносять розчини, які володіють властивостями підтримувати в певних межах сталою величину рН при додаванні до них сильних кислот, лугів, а також при розбавленні. Така здатність системи протидіяти зміні рН називається буферною дією і кількісно характеризується буферною ємністю β. Буферна ємність вимірюється кількістю моль-екв. сильної кислоти або сильної основи, що змінює рН розчину на одиницю.

Буферні розчини зазвичай складаються із слабкої кислоти і спряженої з нею основи. Наприклад, якщо взяти оцтову кислоту і ацетат натрію, то в розчині буде спряжена пара : СН3СООН (кислота) і СН3СОО¯ (основа). При додаванні сильної кислоти протони, що нею віддаються, зв’язуються основою СН3СОО¯, а при введенні сильної основи оцтова кислота віддає їй свої протони і концентрація водневих іонів в обох випадках змінюється дуже мало. Кількісний зв’язок між рН і активностями (в розбавлених розчинах – концентраціями розчинених речовин) такий:

(ХІІІ.4.1)

звідкіля

(ХІІІ.4.2)

Якщо до розчину оцтової кислоти добавити ацетат натрію – електроліт, що добре дисоціює на іони, то дисоціація кислоти подавляється. Тоді концентрацію молекул СН3СООН можна в першому наближенні вважати рівною концентрації всієї кислоти в розчині, а концентрацію іонів СН3СОО¯ рівною концентрації всієї розчиненої солі. З урахуванням викладеного одержимо

, (ХІІІ.4.3)

або

(ХІІІ.4.4)

Таким чином, з (ХІІІ.4.3) витікає, що концентрація водневих іонів залежить від співвідношення в розчині концентрації кислоти і солі, а змінюючи це співвідношення, можна одержати розчини з різним значенням рН.

Буферною дією володіють розчини, що містять кислоту і середню сіль слабкої кислоти, наприклад NaHCO3 i Н2CO3 (карбонатний буферний розчин) або розчини двох кислих солей, наприклад NaH2PO4 i Na2HPO4 (фосфатний буферний розчин).

Буферними властивостями володіють також розчини , виготовлені з розчинів слабкої основи і добре дисоційованої її солі, наприклад NH4OH i NH4Cl (аміачний буферний розчин).

Буферні розчини знаходять широке застосування в аналітичній хімії, в біохімії, де бажано мати мінімальну кількість змінних. Кров, молоко і інші рідини тваринного походження є чудовими буферами з іонами бікарбонату, з вугільною кислотою і протеїнами. Зазвичай рН нормальної людської крові рівний приблизно 7,4. Припустимі відхилення складають менше 0,1 одиниці рН, а збільшення або зменшення його до 0,4 викликає смерть.


1 | 2 | 3 | 4 |


При использовании материала, поставите ссылку на Студалл.Орг (0.008 сек.)