Teoria protolitica
Download referat
Total vizualizari: 3814
Numar de cuvinte: 1303
Teoria protolitica a acizilor si bazelor . Cuplul Acid-baza conjugata
Apa are rol esential. Teoria lui Arrhenius a insemnat un mare pas inainte pe calea intelegerii chimiei acizilor si a bazelor, definindu-i numai in solutie apoasa. In anul 1923, chimistul danez Brönsted si chimistul englez Lowry propun o definitie mai generala a acizilor si bazelor (valabila pentru solutii apoase si neapoase). Ei arata ca in solutie apoasa, ionul de hidrogen se gaseste sub forma de ion de hidroniu (H3O+), are rol de baza. Acizii si bazele pot fi definite si in absenta apei sau in alt solvent. Reactii care implica apa:
1) dizolovarea unei baze in apa se stabileste urmatorul echilibru, iar deoarece apa cedeaza un proton, are rol de acid.
B + H2O ↔ BH+ + HO-
2) acizii care pot ceda un singur proton unei baze (HCl, HNO3, HClO4).
HNO3 + H2O ↔ H3O+ + NO3-
3) intr-o reactie de echilibru acida-bazica (Brnsted), in mediul de reactie exista doua specii de acizi si doua specii de baze.
HCl (aq) + H2O (l) = H3O ↔ H3O+(aq) + Cl-(aq) HCl
pierde un proton si formeaza ionul clorura, Cl-, care este baza sa conjugata. In solutie se formeza cuplul HCl/Cl-. H2O accepta un proton si se formeza astfel ionul hidroniu, H3O+, care este acidul sau conjugat, se formeaza cuplul H2O/H3O+. Acestea se numesc cupluri acido-bazice. In functie de mediul de reactie apa poate participa la doua cupluri acido-bazice: H2O/H3O+ apa cu rol de baza si H2O/HO- apa cu rol de acid.
4)formarea stalactitelor si stalagmitelor, formatiuni carstice atat de spectaculoase, are la baza reactia CaCO3 + CO2 + H2O ↔ CA(HCO3)2 in care este prezent cuplul acid-baza HCO3/CO32-.
Teoria transferului de protoni
Se cunosc multe substante cu caracter bazic care nu contin ioni OH- precum si substante cu caracter acid care nu contin ionii H+; prin urmare, teoria disociatiei electrolitice nu este suficient de cuprinzatoare; ea nu poate explica aciditatea, respectiv bazicitatea tuturor substantelor. Aceasta teorie considera ca ionul de hidrogen H+ poate exista singur, ceea ce nu este in acord cu realitatea. Acest ion este totdeauna atras de particule chimice cu densitatea electrolitica mare, inclusiv de moleculele de apa:
H+ + H2O H3O+
Aceasta reactie de hidratare este puternic exoterma, iar constanta de echilibru are o valoare foarte mare; astfel la 298oK:
K = H3O+ /(H+ x H2O) = 10200
rezulta ca achilibrul este deplasat complet spre formarea cationului de hidroniu.
S-a pus in evidenta ca acizii disociaza si in medii neapoase, ca in etanol anhidru sau in amoniac lichid, cand ionul de hidrogen formeaza cu aceste molecule cationii C2H5 – OH2+, respectiv NH4+. In aceste medii pot ioniza si bazele.
Dupa teoria lui Nikolaus Johannes Bronsted (1879-1947) si a lui T. M. Lowry, elaborata in mod independent unul de altul (1923), un acid este o substanta care poate ceda protoni, iar baza este o substanta care poate primi protoni. In reactiile acido-bazice are loc totdeauna transfer de protoni, de unde si numele teoriei. Prin pierderea unui proton, acidul A se transforma in baza conjugata B; prin combinarea bazei B cu protonul, apare acidul conjugat A: A B + H+ ca de exemplu:
CH3 – COOH CH3 – COO- + H+
Acidul este donor de protoni, iar baza este acceptor de protoni. Baza si acidul formeaza o pereche conjugata acid-baza.Un acid,prin cedarea unui proton,se transforma in baza conjugate,iar baza,prin acceptarea unui proton,trece in acidul conjugat.Un acid reactioneaza cu baza conjugata a unui acid mai slab decat el,punand in libertate acidul mai slab.Cu cat un acid este mai tare (cedeaza mai usor protoni),cu atat baza lui conjugate este mai slaba (accepta mai greu protoni)si invers.In reactia dintre un acid si o baza,apar doua cupluri de acid-baza conjugate,intre care are loc transferal de protoni.
Deoarece protonul nu poate exista singur, reactiile de eliberare a protonului de catre un acid se petrec in medii de solventi a caror molecule pot lega protonii, jucand deci rol de baza; cel mai frecvent acest rol il joaca apa:
CH3 – COOH + H2O CH3 – COO- + H3O+
in partea dreapta a reactiei a aparut o alta baza (CH3 – COO-) si un alt acid (H3O+).
Molecula apei joaca si rol de acid, de exemplu:
NH3 + H2O NH4+ + OH-
in aceasta reactie, HN3 este baza, H2O este acid, NH4+ este acid, iar OH- este baza. In prezenta ionului acetat, apa de asemenea are rol de acid:
CH3 – COO- + H2O CH3 – COOH + HO-
Datorita proprietatilor sale, apa are caracter amfoter sau amfiprotic, ceea ce rezulta si din reactia de autoprotoliza:
H2O + H2O H3O+ + OH-
Generalizand, rezulta urmatoarea schema:
Acid + Baza Baza + Acid
Un acid nu poate ceda un proton decat unei baze, care se transforma in acidul ei conjugat, iar acidul initial se tarnsforma in baza sa conjugata.
In teoria clasica a disociatiei electrolitice, un acid se defineste ca o specie chimica ce da nastere, la dizolvarea in apa, unui ion de hidrogen, H+, iar o baza, ca o specie ce da nastere, in acelasi dizolvant, unui ion hidroxil,HO-.In afara de faptul ca aceasta definitie limiteaza fenomenul la solutii apoase, ea este cu totul improprie pentru o reprezentare cantitativa a catalizei prin acizi si baze. De altfel, ionii de hidrogen, adica protoni fara invelis de electroni, desi pot avea o viata trecatoare in stare gazoasa , nu pot exista liber in solutie apoasa (si nici in alti dizolvanti) din cauza tendintei lor extreme de a se combina cu moleculelei apei, sub forma de ioni de hidroniu, H3O+ si, in mod similar, cu moleculele multor altor dizolvanti.
Dupa J.N. Bronsted (1923) un acid este o specie ce are tendinta de a ceda un proton, iar o baza, o specie ce are tendinta de a accepta un proton, conform ecuatiei:
AHàA-+H+
AH este numit acid conjugat al bazei A- si invers ecoatia nu inpune nici o restrictie in cea ce priveste sarcinile electrice ale acidului si bazelor. Semnul minus indica numai ca A- poseda o sarcina pozitiva mai putin decat AH ecuatia este insa o simpla schema. Un acid nu poate ceda un proton decat unei baze.Sa ne imaginam o a doua pereche conjugata de acid si bazaBHàB-+H+
Combinand unu cu doi se obtine ecuatia unui proces ce poate avea loc in realitate
AH+B-àBH+A-
Acidul este substanta capabila sa cedeze, in timpul reactiei chimice, unul sau mai multi protoni.
Baza este substanta capabila sa accepte, in timpul reactiei chimice, unul sau mai multi protoni.
Substanta anfotera (amfiprotica) este substanta care in prezenta unui acid se comporta ca o baza, iar in prezenta unei baze se comporta ca un acid.
Un acid pune in libertate acizii mai slabi decat el din sarurile lor.
O baza pune in libertate bazele mai slabe decat ea din sarurile lor.
Acid Baza
Acid percloric HCIO4 CIO4- Ion perclorat
Acid sulfuric H2SO4 HSO4- Ion sulfat
Acid iodhidric HI I- Ion iodura
Acid bromhidric HBr Br- Ion bromura
Acid clorhidric HCl Cl- Ion clorura
Acid azotic HNO3 NO3- Ion azotat
Ion hidroniu H30+ H2O Apa
Ion sulfat acid HSO4- SO42- Ion sulfat
Acid fosforic H3PO4 H2PO4- Ion fosfat acid
Acid fluorhidric HF F- Ion fluorura
Acid azotos HNO2 NO2- Ion azotit
Acid acetic CH3CO2H CO3CO2- Ion acetat
Acid carbonic H2CO3 HCO3- Ion carbonat acid
Hidrogen sulfurat H2S HS- Ion sulfura acida
Ion amoniu NH4+ NH3 Amoniac
Acid cianhidric HCN CN- Ion cianura
Ion carbonat acid HCO3- CO32- Ion carbonat
Ion sulfura acida HS- S2- Ion sulfura
Apa H20 OH- Ion hidroxid
Etanol C2H5OH C3H5O- Ion entoit
Amoniac NH3 NH2- Ion amidura
Hidrogen H2 H- Ion hidrura
Nota referatului: 3.81