Протолитична теория на киселините и базите на Бронстед-Лори

Протолитичната теория на киселините и основите е на ръба на две науки наведнъж: физиката и химията. С негова помощ са описани свойствата и природата на всички основи и киселини. Учените са разделени на два класа вещества, които взаимодействат помежду си.

Проблемът на теорията

Протолитичната теория на киселините и основите помага за решаването на един важен проблем: да се предскаже какви продукти се образуват в резултат на тяхното взаимодействие и как тази реакция ще продължи. За да направите това, експертите прилагат количествени и качествени характеристики на киселината и основата.

В този случай има няколко теории, които различно тълкуват какви са киселините и основите. По различни начини те оценяват другите си характеристики. В крайна сметка зависи от това какво ще бъде резултатът от реакцията.

Концептуални химични системи

Протолитичната теория на киселините и основите е изключително популярна, когато човек трябва да разбере как те взаимодействат в природата. Той се използва широко в индустриалната практика и научната област. Теоретичните знания за последствията от взаимодействието на основи и киселини определят формирането на концептуални системи на химията, засягат всички видове теоретични понятия в практически всички химически дисциплини.

Еволюция на знанията за взаимодействието на киселини и основи

Протолитичната теория на киселините и основите е една от фундаменталните в химията. Основните концепции за първи път са формулирани от учени през 17-и век. В същото време съдържанието им се променя многократно и се преработва.

Английският химик от седемнадесети век Робърт Бойл вярва, че киселините са телата, чиито атоми имат остри изпъкналости, а основите са техните пори. Следователно, според него, цялата реакция на неутрализация се свежда до факта, че проникващите киселини проникват в порите на основите.

За първи път теорията за киселините и основите беше предложена от френския фармацевт Никола Лемери. През 1675 г. той публикува "Химия курс", в който той подробно химични и физични свойства на вещества, въз основа на тяхната форма и структура. Лемари си представя, че киселините имат остри шипове, поради което се появява дискомфорт върху кожата. Той кръстосва основите с алкали, като приема, че тяхната структура е пореста. В резултат на това се образуват неутрални соли.

Вече през XVIII век друг френски натуралист Антаун Лавоазие е свързал свойствата на киселините с присъствието на кислородни атоми в техния състав. Неуспехът му бе демонстриран от английския химик Хъмфри Дейви и неговия френски колега Джоузеф Луис Гей-Лусак, който идентифицира редица киселини, които изобщо не съдържат кислород. Сред тях са халогениран водород или циановодород. В същото време се открива голям брой кислородсъдържащи съединения, които не притежават свойствата на киселините.

Съвременни представителства

Концепцията за протолитичната теория на киселините и основите значително се промени през 19 век. Химистите започнали да считат за киселини само тези вещества, които са способни да взаимодействат с металите и да отделят водород. Такива заключения са постигнати от германския учен Justus von Liebig през 1839 г. Той е този, който се смята за един от основателите на агрохимията и органичната химия.

Успоредно с него шведският минералог Йенс Берзелиус формулира идеята, че е необходимо да се отнасят до негативните оксиди на неметалните киселини, докато оксидите с положителен заряд са бази. Това помогна да се обяснят основните свойства на киселините и основите. Ето защо киселинността и основнистта на шведите се считат за функционално свойство на съединенията. Той беше този, който за пръв път в света се опита да предскаже крайната сила на веществата, които обмисляме.

Основните разпоредби на протолитичната теория на киселините и основите са формулирани след работата на друг шведски химик, Сванте Август Аррнией. През 1887 г. той обобщава теорията за дисоциацията на електроенергията. След това имаше реална възможност да се опишат свойствата на киселините и основите въз основа на продуктите от йонизацията на електролити. А благодарение на приноса на руско-германския химик Вилхелм Фридрих Оствалд теорията е формулирана за слаби електролити.

През ХХ век американските учени Кади, Франклин и Краус оправдават теорията за солвиосистемите. То започна да се прилага както към разпоредбите на Arrunius и Ostwald, така и към всички други разтворители, които биха могли да се самонасочат.

Днес, протолитичната теория на киселините е формулирана най-пълно от Дане Йоханес Николаус Борнсдет и американския Гилбърт Нютън Луис, който също се занимава с ядрена физика и термодинамика.

Теорията на Liebig

Съгласно теорията за водород на Liebig, киселината е вещество, способно да реагира с метали, в резултат на което се образува водород. В този случай концепцията за "фондация" Либиг не влизаше изобщо.

В резултат на реакцията се образува водород и сол. Когато реагира със силни киселини, реакцията се проявява чрез метали. Днес теорията се използва само за прогнозиране на взаимодействието на вещества, съдържащи водород с метали в разтворители.

Теорията на Arrhenius-Ostwald

Разбирайки какво представлява протолитичната теория на киселините и основите на Arrhenius-Ostwald, ние отбелязваме, че всички вещества, които образуват водородни катиони във воден разтвор, се считат за киселини в него. В този случай, като основи се считат само веществата, с които се получава метален или амониев катион във воден разтвор.

В резултат на реакцията се образуват вода и сол. Наблюдава се зависимост, когато силни киселини взаимодействат със силни основи. Въз основа на тази теория беше възможно да се обоснове разделянето на електролитите, а също така беше въведено и определянето на индекса на водород, който беше разширен до алкална среда. Използва се и при хидролиза на соли и основи, съдържащи соли. По-рядко обаче. Въпросът е, че това изисква тромави изчисления. Докато протонната теория е много по-проста.

Теорията на Бронстед-Лоури

Протолитната теория за киселините и основите на Бронстед - Лоури се появява за пръв път през 1923 година. Бронстед и Лоури го формулираха независимо един от друг. Учените комбинират концепциите на киселини и основи в едно цяло.

Според техните идеи, киселините са молекули или йони, които изпълняват ролята на донорите на протони в реакцията. В същото време основите са само тези молекули или йони, които са способни да прикрепят протони. В тази теория са определени киселини и основи на протолити. Каква е същността?

Протолитичната теория на киселините и основите в химията намалява до трансфера на протон от киселината към основата. И в този момент киселината, която е загубила протона, се превръща в основа. И тя вече може да добави към себе си нов протон. Базата в този момент става киселинна, образувайки протонирана частица.

Ето защо при всяко взаимодействие на веществата, които обмисляме, се включват два чифта бази и киселини. Бронстед ги нарича "конюгирани". Това са основните разпоредби, които ни позволяват да формулираме протолитична теория за киселините и основите. Протолитичните реакции в този случай протичат по два начина, защото всяко вещество, в зависимост от условията, може да бъде както киселина, така и основа.

По-късно Бронстед развива теорията за киселинно-основната катализа и Lowry работи върху оптичната активност на органичните съединения.

Теория на solvosystems

Теорията за солвиосистемите се появи по време на развитието на идеите, изтъкнати от Аррнией и Оствалд. Най-често се използва при реакции с протонни разтворители. Трима американци я предложиха - Кади, Франклин и Краус.

Според тази хипотеза основата е йонният разтворител. Той има способността да се дезинтегрира в отделни йони в отсъствието на разтворител. В този случай катионът и анионът. Първият е литиевият йон, а вторият е литиевият йон. Протонният разтворител, използван в реакцията, е способен да прехвърли протон от всяка неутрална течна молекула към друга. В резултат се образува равно количество аниони и катиони.

Продуктът от тази реакция е разтворител и сол.

Тази теория се използва за предсказване на реакциите между киселини и основи във всеки разтворител. Възможно е също така да се контролират тези процеси с разтворител. Теорията описва подробно свойствата на веществата, които не съдържат кислород и водород.

Теорията на Луис

Теорията на Луис е формулирана през 1923 година. Тя се основаваше на електронните изображения, налични по това време в науката. С тяхна помощ беше възможно максимално разширяване на дефиницията на основа и киселина.

В химията има понятието "Люисова киселина". Това е йон или молекула, която има свободни електронни орбитали, на които могат да получат електронни двойки. Яркият пример са протоните - водородни йони, както и йоните от някои метали, някои соли и вещества.

Ако в киселината на Люис няма водород, то се нарича апротично.

Теория на Усанович

Най-общата теория за киселините и основите през 1939 г. е формулирана от съветския химик Михаил Усанович.

Той се основава на идеята, че всяко взаимодействие между киселината и основата ще доведе до реакция на солта. По този начин киселината се дефинира като частица, която разцепва катиони от себе си, включително протони, а също така добавя и аниони и на първо място, електрони към тях.

В същото време, основата е частица, която има способността да прикрепи протон или друг катион към себе си. Но тя също може да раздаде електрона или аниона. Основната разлика от теорията на Луис е, че основата на определенията за "основа" и "киселина" не е структурата на електронната им обвивка, а знакът на заряда на техните частици.

Но в теорията на Усанович има недостатъци. Основните от тях - голям брой обобщения и размита формулировка на основните понятия. В допълнение, тази теория не позволява количествени прогнози за последствията от взаимодействието на киселини и основи.