Ышылдар мен негіздерді протолиттік теориясы. Автопротолиз

ышылдар мен негіздерді классикалы ымы швед химигі Ааррениус сынан электролиттік диссоциация теория­сына негізделген. Бл теория бойынша ышылдар рамында сутегі бар заттар, диссоциациялананда сутегі ионы мен аниондара ыдырайды.

HA Н⁺ + А^-

Ал негіздер рамында гидроксил топшасы бар заттар, суда ерігенде гидроксил ионы мен катиондара ыдырайды.

BOHВ⁺ +ОН^-

Аррениус теориясыны негізгі кемшілігі – диссоциациялану процесіне еріткіші серіні ескерілмеуі. Бл теория сусыз ертінділерге олданылмайды.

1923 жылы Бренстед жне Лоури ышылдар мен негіздерді протолиттік теориясын сынды. Бл теория бойынша протонды бліп шыаратын заттар ышылдар атарына жатады, протонды осып алатын заттар – негіздер. Сонымен негіз мынадай реакцияа атысады:

ышыл негіз +протон

А В + Н⁺

р ышыла сйкес негіз пайда болады. Бір протолиттік жйеге сйкес ышыл мен негізді осарласан жп дейді. Мысалы:

А В + Н ⁺

НСІ СІ ^– +Н⁺

Н₂ SО₄ НSО₄^-+Н⁺ (5.1)

НSО₄^- SО₄^2- +Н⁺

Н₃ РО₄ Н₂ РО₄^-+Н⁺

Н₂РО₄^- НРО₄^2-+Н⁺

NН₄⁺ NН₃ +Н⁺

АІ(Н₂О)₆³⁺ АІ(ОН)(Н₂О)₅²⁺ + Н⁺

 

ышыл деген ым НСІ, Н₂SО₄ сияты бейтарап молекулалардан баса зарядталан НSО₄^-, NН₄⁺ блшектерге де атысты. Сондытан ышылдар бейтарап, анионды жне катионды болып блінеді. зін ышыл жне негіз трінде крсететін блшектер де болады, олар – амфолиттер.

Реалды жадайда ышылды-негіздік реакция екі осарласан жпты арасында жреді. Жпты біреуі протонды береді (донор), ал екіншісі оны осып алады (акцептор). Хлорлы сутегіні судаы ертіндісінде:

 

НСІ СІ^- +Н⁺

Н⁺ +Н₂О Н₃О

 

НСІ +Н₂О Н₃О⁺+СІ^- (5.2)

 

Бл жадайда НСІ протонны доноры (ышыл), ал Н₂О протонны акцепторы (негіз).

Аммиакты судаы ертіндісінде жретін реакция:

 

Н₂О ОН^- +Н⁺

Н⁺+ NН₃ NН₄⁺

 

Н₂О+ NН₃ NН₄⁺+ОН^- (5.3)

 

Бл жадайда протонны доноры су (ышыл), ал оны акцепторы NН₃ (негіз).

Сол сияты (5.1) тедіктері:

 

Н₂ SО₄ + Н₂О НSО₄^- + Н₃О⁺

Н SО₄^- +Н₂О SО₄^2- +Н₃О⁺ (5.4)

Н₃РО₄+Н₂О Н₂РО₄^- +Н₃О⁺

Н₂РО₄^- + Н₂О НРО₄^2-+ Н₃О⁺

NН₄⁺ + Н₂О NН₃ +Н₃О⁺

АІ(Н₂О)₆³⁺+ Н₂О[АІ(ОН)( Н₂О)₅]²⁺+ Н₃О⁺

 

(5.2), (5.4) реакцияларда суды молекуласы протонны акцепторы ролін атарып тр, сондытан ол негіздік асиет крсетеді. (5.3) жне мына реакцияларда:

 

Н₂О + СО₃^2- НСО₃^- +ОН^-

Н₂О + Н₂РО₄^-Н₃РО₄+ОН^-

Н₂О + +СН₃СОО^- СН₃СООН + ОН^- (5.5)

 

суды молекуласы протонны доноры боландытан ышылды асиет крсетіп тр.

Келтірілген мысалдарда Н₂РО₄^- ышылды жне негіздік асиет ксетеді:

 

Н₂РО₄^- + Н₂О НРО₄^2-+ Н₃О⁺

Н₂О + Н₂РО₄^- Н₃РО₄+ОН^-

 

Мндай заттар амфолиттер деп аталады.

Протолиттік теорияны маызды жетістігіне еріткішті ышылды-негіздік тепе-тедіккке тигізетін серін ескеруі жатады. Жалпы трде ышыл мен негізді диссоциациялануын былай жазуа болады:

 

НА +НSоlv Н₂Sоlv⁺+А^-, немесе А^- + НSоlv НА +Sоlv^-

 

Протонны бір заттан екінші зата ауысуы газ тріндегі жне атты фазаларда да жреді.

ышылды та, негіздік те асиет крсететін еріткіштерді амфипротты, не амфипротонды еріткіштер дейді. Мысалы, таза суда мынадай протолиттік реакция жреді:

 

Н₂О + Н₂О Н₃О⁺ + ОН^- (5.6)

 

Протонны бірдей блшектерді арасында бірінен біріне ауысуын автопротолиздену, не ышылды – негіздік диспропорциялану процесі деп атайды. Таза суда Н₃О⁺ жне ОН^- иондарыны концентрациялары бірдей. Суды концентрациясы траты боландытан (55.3 моль/л) (5.6) реакциясыны тепе – тедік константасы:

 

(5.7)

 

Бл константаны автопротолиздану, не суды ионды кбейтіндісі (К_W) дейді. Автопротолиздену тепе-тедігі сола арай ыысандытан Н₃О⁺, ОН^- иондарыны активтіктері аз. Сондытан тжрибеде бл мндерді теріс логарифмін пайдаланан ыайлы:

 

-lg К_W= p К_W ; -lg = pH; -lga_ОН^-= pОН

 

(5.7) тедігі былай жазылады:

 

pК_W = pH + pОН (5.8)

 

(5.6) автопротолиздану реакциясы жргенде бірдей млшерде Н₃О⁺ жне ОН^- иондары пайда болады. Сондытан ортаны бейтараптыы осы екі иондарды активтіктеріні тедігімен аныталады:

pH = pOH = pК_W

Егер гидроксоний ионыны активтігі гидроксил ионны активтігінен кп болса орта ышылды болады:

pH < pОH

Керісінше гидроксил ионны активтігі гидроксоний ионны активтігінен кп болса орта негіздік (сілтілік) болады :

pH > pОH

 

К_W мні температураа байланысты:

Температура, 0С
p КW	14,92	14,0	13,26	12,60	12,26

 

25 ⁰С-та К_W =1,10^-14

Таза суда жне сйытылан сулы ертінділерде активтікті концентрациямен ауыстыруа болады:

 

К_W =[ Н₃О⁺]^.[ОН ^-] (моль²/л²)

 

арапайым трінде: К_W =[ Н⁺]^.[ОН ^-]

 

[ Н⁺] = [ОН^-] = 10 ^-7 ; -lg К_W= -lg [ Н⁺] +(-lg [ОН^-])

 

pК_W = pH+рОН = 14 – автопротолиз константасыны крсеткіші.

Амфипротты еріткіштерге (Hsolv) сйкес автопротолиздану реакциясыны жалпы трі:

 

НSolv+ Hsolv H₂solv⁺ + Solv^-

Автопротолиз реакциясында ерткішті бір молекуласы ышыл, екінші молекуласы негіз рлін атарады. Сондытан Hsolv- Solv^- жне Hsolv- H₂solv⁺ райсы осарласан ышылды негіздік жп райды. H₂solv⁺иондарын лионий иондары, ал Solv^- лиат иондары дейді. Автопротолиз константасы лионий жне лиат иондарыны активтіктеріні кбейтіндісіне те:

 

Автопротолиз константасы еріткішті те маызды термодинамикалы сипаттамасы. Автопротолиз крсеткіші pК_Hsolv = – lg K_Hsolv тікелей еріткішті ышылды шкаласыны кедігін крсетеді. Егер ышылды аралыын

=I-ден =I дейін алса, рН мндеріні аралыы 0-ден pK _Hsolv дейін болады, яни бл аралы суа 14,00 те, метанола 17,31 –ге те, сірке ышылына 12,22-ге те, т.б.