Глава 6. Реакции кислотно-основного взаимодействия
6.1. Протолитическая теория кислот и оснований Бренстеда-Лоури
Классические представления о кислотах и основаниях базируются на теории электролитической диссоциации С. Аррениуса. Кислоты по этой теории – это вещества, которые при растворении в воде диссоциируют с образованием иона Н+, а основания – вещества, которые диссоциируют с образованием иона ОН–. Однако теория электролитической диссоциации не объясняет кислотные или основные свойства некоторых органических соединений, например, аминов, амидов и др. Неясно также, какие вещества считать кислотами и основаниями в неводных растворителях.
Более общей теорией кислот и оснований явилась протолитическая теория Бренстеда-Лоури (1923).
В протолитической теории кислотами называют вещества, способные отдавать протон другому веществу, а основаниями – вещества, способные принимать протон.
По этому определению круг веществ, называемых кислотами и основаниями, расширился. К кислотам стали также относить такие частицы как NH4+, HSO4–, а к основаниям – СО32–, NH3 и т.д. Все реакции кислотно-основного взаимодействия состоят по этой теории в обратимом переносе протона (иона Н+) от кислоты к основанию. В результате образуется пара новых частиц, одна из которых опять способна отдавать протон, а другая его присоединять. Таким образом, кислота оказывается в паре с сопряженным основанием, а основание – с сопряженной кислотой:
НА + В ↔ НВ+ + А–.
кислота основание сопряженная сопряженное
кислота основание
Например:
HCN + OH– ↔ HOH + CN–.
кислота основание сопряженная сопряженное
кислота основание
Cоединения, которые могут и отдавать, и присоединять протон, называются амфипротными или амфолитами. Амфолитом является, например вода, кислотные остатки:
НСО3– ↔ Н+ + СО32– (НСО3– – кислота);
НСО3– + Н+ ↔ Н2СО3 (НСО3– – основание).
Важное место в протолитической теории занимает такое явление как автопротолиз растворителей. Было показано, что вода диссоциирует по схеме
Н2О + Н2О ↔ Н3О+ + ОН–,
то есть одна молекула воды является кислотой, другая – основанием. В результате образуется новая кислота Н3О+ и новое основание ОН–.
Неводные растворители, так же как и вода протолизируют на сольватированный протон и анион:
2СН3ОН → СН3ОН2+ + СН3О–.
Существенным достоинством протолитической теории является учет влияния растворителя на процесс кислотно-основного взаимодействия. Диссоциацию кислоты НА в растворителе Solv можно представить схемой
НА + Solv ↔ HSOlv+ + A–.
Состояние этого равновесия зависит как от способности кислоты НА отдавать протон, так и от способности растворителя его принимать. Учет подобных взаимодействий важен при рассмотрении кислотно-основных реакций в неводных средах.
Однако протолитическая теория не объясняет кислотно-основные свойства соединений не взаимодействующих с протонами. Так, жидкий SO2 подвергается самоионизации, хотя протоны в реакции не участвуют, и в нем может проходить типичная кислотно-основная реакция с выделением молекулы растворителя:
2SO2 ↔ SO2+ + SO32–;
SOCl2 + Na2SO3 ↔ 2 NaCl + 2SO2.
В связи с этим был создан ряд более общих теорий, из которых наиболее известна электронная теория Г. Льюиса.
Do'stlaringiz bilan baham: |