Tvari s posebnim karakteristikama od velikog praktičnog interesa poznate su i koriste se već dugo vremena, a sada su identificirane kao kiseline y bazeTo su vrlo uobičajeni kemijski reagensi, sposobni razviti veliki dio svojih spojeva u vodeni mediji, a koji prate čovječanstvo od prvih pokušaja klasificiranja tvari prema okusu, izgledu i ponašanju.
Tamo su neke reakcije koje uključuju kiseline i baze, nazvane kiselinsko-bazne reakcije, koje se proučavaju primjenom principa kemijska ravnoteža do rješenja. U ovoj vrsti procesa postoji jedna tvar koja igra središnju ulogu: otapaloU vodenim otopinama, kiseline i baze izmjenjuju protone s vodom, pa su te reakcije poznate i kao reakcije izmjene protona o protolitski.
Mnogo prije nego što je postojala moderna kemija, empirijski je bilo poznato da neke namirnice poput octa, limuna ili određenog voća imaju vrlo karakterističan kiseli okusMeđutim, trebalo je stoljećima da se shvati uzrok tog okusa. Riječ kiselina dolazi od latinskog "acidus", što to znači kiselo, i odražava kako su senzorni kriteriji - posebno okus - bili prvi vodič za klasifikaciju tih tvari.
Što su kiseline?
Iz perspektive moderne kemije voda, kiselina se definira kao bilo koja kemijski spoj koji, kada se otopi u vodi, stvara otopinu s aktivnost hidronijevih kationa (H3O+) viši od onog čiste vode. Što se tiče pH ljestvice, to znači da kisela otopina ima pH manji od 7.
Bilo koja kemijska tvar koja manifestira karakteristična svojstva kiseline (sposobnost doniranja protona, reakcije s bazama, modificiranja indikatora itd.) naziva se kisela tvarTrenutno razumijevanje kiselina s vremenom se usavršavalo kroz različite teorijske modele, ali središnja ideja da su to tvari koje stvaraju ili doprinose "kiselosti" u mediju ostaje.
Karakteristike kiselina
Među najvažnijim svojstvima i karakteristikama kiselina su sljedeća, koja obuhvaćaju senzorne, kemijske i tehnološke aspekte:
- Oni posjeduju kvalitetu reagiraju s tvarima koje se nazivaju bazešto dovodi do procesa neutralizacije u kojima nastaju soli i vodaOvo je jedan od najstarijih odnosa opaženih u kemiji.
- Mnoge kiseline su izuzetno korozivnoposebno koncentrirane mineralne kiseline (kao što su klorovodična, dušična ili sumporna). Ova korozivnost je posljedica njihove velike sposobnosti reakcije s metalima, organskim tkivima i brojnim drugim materijalima.
- Izvrsno rade električni vodiči u vodenim medijima, budući da se u otopini disociraju na ione koji omogućuju prijenos električnog naboja kroz tekućinu.
- U mnogim slučajevima, a osebujan kiselkast ili kiselkast okusKlasičan primjer su namirnice koje sadrže limunska kiselinakao što su naranče, limete, grejpfruti ili limuni, kao i octena kiselina u octu. Ovaj senzorni kriterij bio je jedan od prvih načina za identifikaciju kiselih tvari.
- Mogu reagirati s metalni oksidi stvaraju sol i vodu, ponašanje slično onome koje pokazuju prema bazama, što pokazuje njihovu sposobnost pretvaranja čvrstih ionskih i kovalentnih spojeva u topljive vrste.
- U nekim slučajevima mogu biti štetno za zdravlje i proizvoditi opekline kože i ozbiljno oštećenje tkiva. Dugotrajni kontakt ili izloženost visokim koncentracijama zahtijeva odgovarajuću zaštitnu opremu.
- Oni posjeduju sposobnost da stvaraju sol i molekularni vodik (H2) prilikom reakcije s određenim aktivni metali (kao što su cink, magnezij ili željezo), proces praćen pjenušanjem i oslobađanjem plina.
- Imaju osobine koje snažno utječu na acidobazni indikatorikao što su fenolftalein ili lakmus papir. Kiselina može obezbojiti fenolftalein (učiniti ga bezbojnim) i sposobna je učiniti lakmus papir promijeniti iz plave do crvene ili narančastih do crvenkastih tonova, ovisno o korištenom indikatoru.
Ove karakteristike nadopunjuju druge koje se danas bolje razumiju zahvaljujući kemijskoj teoriji: neke se kiseline smatraju jake kiseline jer se gotovo potpuno disociraju u vodi (poput klorovodične kiseline), dok su drugi slabe kiselinejer se samo djelomično ioniziraju (poput octene kiseline). Taj stupanj disocijacije određuje intenzitet njihovog kiselog ponašanja i ključan je za predviđanje ishoda njihovih reakcija.
Povijesno gledano, tvari poput alkohol od octa (octena kiselina), duh soli (klorovodična kiselina), duh nitra (dušična kiselina) i duh vitriola (sumporna kiselina) postala je bitan alat za alkemičare i protokemičare. Njena ogromna moć otapanja materijala, uključujući plemenite metale, kroz smjese kao što su Carska voda, učinili su ih vrlo vrijednim i simboličnim tvarima u kemijskoj praksi prošlih razdoblja.
Koje su baze?
Baze su također poznate kao lužine, izraz koji dolazi od arapskog "al-qaly”, vezano uz pepeo od biljaka koje su se koristile za izradu sapuna i stakla. Sve se to naziva bazama. tvari koje posjeduju alkalna svojstvaTo jest, sposobni su reagirati s kiselinama stvarajući soli, a u vodenoj otopini proizvode ili povećavaju koncentraciju hidroksilni ioni (OH)-) ili vrsta koje se tako ponašaju.
Među najčešćim bazama su hidroksidi (na primjer, NaOH i KOH), koji su se i jesu široko korišteni u laboratorijima i industriji. U suvremenom kemijskom jeziku, baza se može definirati na nekoliko komplementarnih načina ovisno o teorijskom modelu: kao tvar koja prihvaća protone (Brønsted-Lowryjev model) ili kao vrsta koja donira elektronske parove (Lewisov model). Međutim, u području vodenih otopina, i dalje ih je korisno opisati kao spojeve koji stvaraju pH veći od 7 kada se otopi u vodi.
Karakteristike baza
Robert Boyle i drugi pionirski kemičari identificirali su nekoliko temeljnih svojstava koja omogućuju prepoznavanje i klasifikaciju baza. Među najvažnijima su:
- Obično predstavljaju sapunast ili skliski karakterposebno kada se radi o jakim bazama u otopini, poput natrijevog hidroksida ili kalijevog hidroksida.
- Odlikuju se svojim gorak okusOvo svojstvo se povijesno povezivalo s lužinama dobivenim iz pepela, iako se iz sigurnosnih razloga ne preporučuje ispitivanje koncentriranih bazičnih tvari.
- Oni imaju sposobnost reakcije s kiselinama, proizvodnju soli i voda u reakcijama neutralizacije, koje su jedan od stupova proučavanja kiselinsko-bazne kemije.
- Oni mogu napraviti lakmus papir promijeniti iz crvene do plavei utječu na mnoge indikatore poput fenolftaleina, koji u bazičnom mediju dobiva intenzivnu ružičastu boju.
- Mnogi hidroksidi su topljiv u vodiposebno onih od alkalijskih i zemnoalkalijskih metala, što olakšava njihovu upotrebu u industrijskim i laboratorijskim procesima. Ove vodene otopine su, općenito, dobre vodiči električne energije zbog prisutnosti iona.
- Velika većina ovih tvari su štetno za ljudsku kožujer oštećuju tkiva saponifikacijom masti i uništavanjem proteina. Jake baze poput kaustične sode ili kaustične potaše mogu uzrokovati vrlo ozbiljne opekline.
Među najstarijim poznatim bazama su umak (natrijev karbonat) i potaša (kalijev karbonat), dobiven iz vodenih ekstrakata pepela. Dopunjuju ih prirodni oblici alkalna tlakao što su vapnenac ili kreda (kalcijev karbonat). Razvojem kemije uključeni su i drugi spojevi, kao što su amonijak, u početku smatrana hlapljivom lužinom, koja se dobivala razgradnjom organskih tvari poput uree.
Iako su Boyle i drugi veliki kemičari u nekoliko navrata pokušavali objasniti zašto se kiseline i baze ponašaju onako kako se ponašaju, trebalo je dugo da se učvrste prve potpuno prihvaćene teorijske definicije. Veći dio povijesti kiseline i baze definirane su na način da... kružniTo jest, na temelju toga kako su međusobno reagirale: tvar je bila kisela ako je reagirala s poznatom bazom, a bazična ako je snažno reagirala s poznatom kiselinom.
Kiselinsko-bazne reakcije
Kiselo-bazne reakcije, poznate i kao reakcije neutralizacijeTo su kemijski procesi u kojima kiselina i baza reagiraju, stvarajući, kao glavne produkte, sol i vodaIzraz "sol" koristi se za opisivanje bilo kojeg spoja s ionski karakter čiji kation dolazi iz baze, a anion iz kiseline.
U kontekstu kemije vode, ove reakcije se shvaćaju kao kombinacije H iona+ (ili H)3O+) iz kiseline s OH ionima- dolazeći od baze do oblika molekule vodeOpćenito, u modelima poput Brønsted-Lowryjevog modela, oni se opisuju kao procesi prijenos protona između donora (kiseline) i primatelja (baze).
Las reakcije neutralizacije U većini slučajeva, oni su egzotermnoTo jest, oslobađaju energiju u obliku topline. Stoga, kada se koncentrirane otopine kiselina i baza pomiješaju, opaža se značajan porast temperature. To se naziva "neutralizacija" jer, kada se kiselina i baza spoje u odgovarajućim omjerima, one reagiraju. Međusobno poništavaju svoja karakteristična svojstvastvarajući otopinu u kojoj je pH blizu neutralnog, ovisno o relativnoj jačini reaktanata.
Povijesno gledano, „antagonizam“ između kiselina i baza tumačio se gotovo kao borba između suprotstavljenih tvari. Protokemičari su primijetili da kada se „kiseli alkohol“ dovede u kontakt s lužinom, dolazi do reakcije. burna reakcijaReakcija je često bila burna, stvarajući toplinu, pa čak i plinove poput ugljikovog dioksida kada je lužina bila karbonat. Ovi upečatljivi fenomeni pomogli su učvrstiti ideju da kiseline i baze pripadaju jasno različitim i suprotstavljenim kategorijama.
Vježba kiselinsko-bazne reakcije
Za ilustraciju reakcije neutralizacije, može se provesti klasični laboratorijski eksperiment korištenjem kiselinsko-bazna titracijaTipičan postupak uključuje korištenje Erlenmeyerove tikvice s otopina klorovodične kiseline (HCl) poznate ili tek određene koncentracije, kojoj se dodaje nekoliko kapi indikator kiselinsko-bazne ravnoteže, kao što je fenolftalein.
La fenolftalein Bezbojan je u kiseloj ili blago neutralnoj sredini, ali poprima boju intenzivno ružičasta u osnovnom medijuDakle, promjena boje služi kao vizualni signal za otkrivanje točke u kojoj je otopina prešla iz viška kiseline u blagi višak baze.
Paralelno se priprema bireta s otopinom od natrijev hidroksid (NaOH)koji djeluje kao titrant. Slavina birete se pažljivo i polako otvara, dopuštajući da otopina NaOH kap po kap kaplje na kiselinu koja se nalazi u Erlenmeyerovoj tikvici.
Kako baza pada i tikvica se lagano trese, OH ioni- Baza reagira s H ionima+ (ili H)3O+) klorovodične kiseline, tvoreći voda i natrijev klorid (NaCl)Ovaj proces uzrokuje kiselost se smanjuje progresivno i da povećanje pHTemperatura otopine može se lagano povećati zbog egzotermne prirode reakcije.
Dolazi do točke kada je količina dodane baze točno onakva kakva je potrebna za neutralizirati svu prisutnu kiselinuU tom trenutku, poznatom kao točka ekvivalencijeSljedeća dodana kap baze stvara blagi višak OH- u otopini, što uzrokuje promjenu boje indikatora i njegov ružičasti izgled. Ova promjena boje eksperimentalni je znak da je postignuta željena kiselinsko-bazna ravnoteža.
S kvantitativnog gledišta, neutralizatori kiselina i baza proizvode se u omjerima ekvivalent-ekvivalentTo znači da ekvivalent kiseline bit će potpuno neutraliziran od strane osnovni ekvivalent, bez obzira na specifičnu prirodu svake tvari, pod uvjetom da je poznata njezina sposobnost doniranja ili prihvaćanja protona.
La masa ekvivalenta jednog grama Određuje se na temelju vrste tvari i uključene reakcije. Izračunavanje gram ekvivalenta soli nije isto što i izračunavanje kiseline, a nije ni isto za sve moguće reakcije, budući da se broj prenesenih protona ili uključenih funkcionalnih skupina može razlikovati. Stoga, ekvivalentni izračuni Moraju se prilagoditi specifičnom kontekstu reakcije.
U slučaju kiselina, masa molara podijeljeno između broj disocijativnih vodika To rezultira masom jednog gram ekvivalenta te kiseline. Za baze hidroksidnog tipa, gram ekvivalent se obično dobiva dijeljenjem molarne mase s brojem OH skupine- prisutan u formuli.
Volumen otopina uključenih u titraciju povezan je formulom: Na Va = Nb Vb, gdje je Na i V.a su normalnost i volumen kiseline, i Nb i V.b To su normalnost i volumen baze. Ovaj izraz nam omogućuje izračunavanje količine otopine poznate koncentracije potrebne za potpunu neutralizaciju druge otopine čiju koncentraciju želimo odrediti.
Kako bi se izračunalo normalnost Za kiselu otopinu u slučaju monoprotičnih kiselina (koje doniraju jedan proton), može se koristiti pojednostavljeni odnos: normalnost = molarnostKod poliprotičnih kiselina ili polifunkcionalnih baza potrebno je uzeti u obzir broj protona ili OH skupina- dostupno po molekuli.
Važnost kiselinsko-bazne reakcije
Kiselo-bazne reakcije su od ogromne važnosti u kemiji i u svakodnevnom životu, posebno zbog svoje korisnosti kao tehnike kvantitativne analize putem volumetrijskih titracija. Ovi procesi omogućuju precizno određivanje koncentracije tvari u otopinama, što je temeljno u laboratorijima za kliničku analizu, industrijskoj kontroli kvalitete, obradi vode, prehrambenoj industriji i brojnim drugim tehnološkim područjima.
U eksperimentalnoj praksi, kiselinsko-bazne titracije obično koriste otopina indikatora vizualno identificirati točku blizu neutralizacije. Ovi indikatori mijenjaju boju unutar određenog raspona pH. Odabir prikladnog indikatora uključuje poznavanje pH točke ekvivalencije za svaku reakciju i odaberite indikator čiji raspon okretanja odgovara toj vrijednosti.
Osim vizualnih metoda, trenutno se koriste sljedeće elektrokemijske metode za praćenje kiselinsko-baznih reakcija, kao što je upotreba pH metri i specifične elektrode. Ove metode omogućuju vrlo precizno otkrivanje točke u kojoj dolazi do neutralizacije, grafički prikazujući promjenu pH u odnosu na volumen dodanog titranta.
Kiselo-bazne ravnoteže su također bitne za razumijevanje bioloških i okolišnih procesa: od održavanje pH krvi kroz puferske sustave do ponašanja hranjivih tvari i onečišćujućih tvari u tlo i vodaKemija kiselina i baza izravno se primjenjuje u dizajnu gnojiva, pod kontrolom kiselost oceana, te u formulaciji kućanskih proizvoda kao što su deterdženti, sredstva za uklanjanje kamenca, sredstva za uklanjanje kamenca i antacidi.
Povijesno gledano, proučavanje neutralizacija pomoglo je kemičarima da shvate da se reakcije odvijaju u fiksni maseni udjelišto je doprinijelo razvoju temeljnih zakona kao što su zakon određenih proporcijaKorištenje biljnih indikatora kao što su ljubičasti sirup To je omogućilo prekid kružnosti u definiciji kiselina i baza, budući da je pružilo neovisnu referencu za klasifikaciju tvari prema njihovom ponašanju.
Vrste kiselinsko-baznih reakcija prema jačini reaktanata
Reakcije neutralizacije mogu se klasificirati prema relativna jačina kiseline i baze koji sudjeluju. Ova klasifikacija je korisna za predviđanje pH vrijednosti dobivene otopine i odabir najprikladnijeg indikatora u titraciji.
Reakcija slabe kiseline i baze
U reakciji između slaba kiselina a slaba bazaNi kiselina se potpuno ne disocira kako bi donirala sve svoje protone, niti se baza potpuno ionizira kako bi prihvatila protone. U ovoj vrsti sustava, bazni kation i kiseli anion Oni mogu patiti hidrolizaTo jest, djelomično reagirati s vodom, mijenjajući ravnotežu H+ iona+ i OH-.
Kao rezultat toga, pH konačne otopine ovisit će o konstanta kiselosti (Ka) kiseline i konstanta bazičnosti (Kb) baze. Ako je kiselina slabija od baze, ukupni učinak hidrolize obično proizvodi pH veći od 7Suprotno tome, ako je baza slabija od kiseline, pH teži nižim vrijednostima. manje od 7Ovi međuslučajevi zahtijevaju detaljnu analizu uključenih stanja.
Reakcija između jake baze i slabe kiseline
Kada a jak temelj reagira s slaba kiselinaBaza disocira gotovo potpuno i dominira ravnotežnim ponašanjem. U tim uvjetima, prvenstveno anion slabe kiseline Podliježe hidrolizi, stvarajući spojeve koji troše protone iz medija i povisuju pH.
U ovoj vrsti reakcije, pH dobivene otopine Obično se postavlja na vrijednosti veći od 7To je zato što bazični karakter prevladava zbog relativnog viška ili učinka jake baze. Stoga, indikator odabran za titraciju slabe kiseline jakom bazom mora mijenjati boju u bazičnom pH rasponu.
Reakcija između slabe baze i jake kiseline
U reakciji između jaka kiselina a slaba bazaSituacija je obrnuta. Kiselina disocira gotovo potpuno i oslobađa veliki broj protona u medij, dok baza ionizira samo djelomično. U ovom okruženju, kation iz slabe baze Može se hidrolizirati, oslobađajući protone ili stabilizirajući spojeve koji održavaju kiseliju okolinu.
Kao posljedica toga, pH konačne otopine Obično se radi o vrijednostima manje od 7s jasnom dominacijom kiselog karaktera. Za titracije ovog tipa biraju se indikatori čije je područje prijelaza u kiseloj zoni pH skale.
Za odabir optimalnog pokazatelja u svakom slučaju, bitno je procijeniti pH točke ekvivalencije i usporedite ga s prijelaznom zonom indikatora. To osigurava da se promjena boje podudara sa stvarnom neutralizacijom, što rezultira točnijim analitičkim očitanjima.
Povijesne definicije kiselinsko-bazne reakcije
Kroz povijest kemije, brojni znanstvenici su predložili definicije kiselina i baza objasniti njihovo ponašanje. Svaka definicija nastala je u određenom kontekstu znanstvenog, tehničkog i konceptualnog razvoja, a njezina relevantnost mjeri se sposobnošću opisivanja i predviđanja reakcija, posebno reakcija neutralizacije, u tekućim i plinovitim sustavima.
U ranim fazama kemije, objašnjenja temeljena na esencije ili nematerijalne „principe“ kiselosti, bazičnosti i slanosti, inspirirane Aristotelovim idejama. Vjerovalo se da materija nema intrinzična svojstva, već da su ta svojstva posljedica apstraktnih principa koji se kombiniraju s tvarima ili ih odvajaju. Ti se principi ne mogu izolirati, što je dovelo do definicija kiselina i lužina. gotovo kružnoTvar je bila kisela ako je reagirala s bazom i obrnuto, bez neovisne reference koja bi prekinula taj ciklus.
S napretkom eksperimentiranja, uvođenjem pokazatelji biljaka Boyleov i drugi rad omogućili su korištenje promjena boje kao vanjskog kriterija, neovisno o tvarima koje se klasificiraju. Ovaj metodološki pomak predstavljao je odlučujući korak prema operativnijim definicijama kiselosti i bazičnosti, otvarajući put kvantitativnim i strukturnim modelima koji će biti formulirani kasnije.
Definicija Antoinea Lavoisiera
Antoine Lavoisier radio je u eri kada je znanje o kiselinama bilo uglavnom usmjereno na jake anorganske kiselinea posebno u oksokiselinekoji imaju središnji atom u visokom oksidacijskom stanju okružen atomima kisika. Njegov eksperiment oslanjao se na kiseline poput sumporne, dušične ili fosforne, mnogo više nego na hidracidne kiseline, koji ne sadrže kisik.
Na temelju svojih zapažanja, Lavoisier je predložio da kisik Bio je to on"sredstvo za stvaranje kiseline"par excellence". Za to je crpio inspiraciju iz klasičnog grčkog jezika, uključujući tu ideju u samu etimologiju kemijske riječi za kisik. Prema njegovoj teoriji, kiselost Objašnjeno je prisutnošću kisika u molekuli, a jačina kiseline povezana je s udjelom ovog elementa u njenom sastavu.
Ovaj koncept imao je ogroman utjecaj desetljećima jer je omogućio objedinjavanje ponašanja mnogih poznatih oksokiselina pod jednim kriterijem. Međutim, postojanje kiselina bez kisika, kao što su klorovodična kiselinaTeorija kisikovih spojeva koji nisu kiseline otkrila je proturječja koja su postupno postajala nepremostiva. Teorija je ostala utjecajna gotovo [određeno vrijeme]. 30 godinasve dok radovi i članci nisu objavljeni oko 1810 Pokazali su nedosljednosti koje su dovele do njihovog preispitivanja.
Definicija Liebiga
Kasnije, kemičar Justus von Liebig, duboko uključen u proučavanje organska kemija A u sastavu organskih kiselina predložio je definiciju koja je prevladala neka ograničenja modela usmjerenog na kisik. Liebig je smatrao da kiselina bila je tvar koja sadržavao vodik i da bi ovaj vodik mogao biti zamijenjen metalom kroz odgovarajuću reakciju.
Ova formulacija, temeljena na kriterijima empirijski A u komparativnoj analizi mnogih tvari, usredotočio se na sposobnost stvaranja soliVodik koji je zamijenjen metalom smatran je definirajućom komponentom kiselosti. Unatoč svojoj konceptualnoj jednostavnosti, Liebigova definicija bila je izuzetno korisna i ostala je valjana dugo vremena, pružajući most između kiselog ponašanja i... struktura spojeva.
Ova se vizija pokazala posebno snažnom u vrijeme kada su se teorije o Valencia i molekularna strukturapomaže u povezivanju kiselosti sa specifičnim vodikovim položajima u molekuli, odgovornim za njezinu reaktivnost i sintezu novih spojeva.
Definicija Arrhenius-a
S pojavom teorije elektrolitička disocijacija Na temelju svojih studija električne vodljivosti u otopinama, Svante Arrhenius je predložio definiciju kiselina i baza koja je modernizirala i pojednostavila mnoge prethodne koncepte, usredotočujući se na ioni prisutni u vodenim otopinama.
Prema Arrheniusovoj definiciji, kiselina To je tvar koja, kada se otopi u vodi, povećava koncentraciju vodikovih iona (H+), dok je jedan baza To je tvar koja, pod istim uvjetima, povećava koncentraciju hidroksilnih iona (OH)-)Kiselo-bazna reakcija je zatim interpretirana kao kombinacija H+ i OH- kako bi se dobilo voda, od disocijacija kiselina i baza u vodenoj otopini.
Ova definicija uvela je jasno tumačenje zašto kisele i lužnate otopine provode električnu energiju: prisutnost slobodnih iona objasnila je eksperimentalno opažene struje. Nadalje, omogućila je vezu između jačina kiseline ili baze sa stupnjem disocijacije u vodi, pružajući kvantitativnu osnovu za usporedbu spojeva.
Međutim, Arrheniusov okvir ima značajna ograničenja. Među njima je da je ograničen na vodeni mediji i zahtijeva eksplicitnu prisutnost H+ i OH-Zbog toga je teško primijeniti njegovu definiciju na reakcije u otapalima osim vode ili kiselinsko-bazne procese koji ne uključuju izravno te ione, što je motiviralo razvoj općenitijih modela.
Brønsted-Lowryjeva definicija
Brønsted-Lowryjev model predstavljao je kvalitativni skok u razumijevanju kiselinsko-baznih reakcija fokusirajući se na prijenos protonaOdvojeno, nekoliko kemičara došlo je do sličnih zaključaka: u ovom pristupu, a kiselina To je tvar sposobna doniraju protone (H+), dok je jedan baza je ono što je sposobno prihvati ih.
Kiselo-bazna reakcija se opisuje kao proces u kojem kiselina otpušta proton i postaje njegov pandan. konjugirana baza, dok baza prihvaća taj proton i pretvara se u svoj konjugirana kiselinaNa primjer, kada klorovodična kiselina donira proton vodi, nastaje konjugirana baza Cl₂.- i hidronijev ion H3O+koja pak djeluje kao konjugirana kiselina bazne vode.
Ovaj pristup nudi nekoliko prednosti u odnosu na Arrheniusovu definiciju. Prvo, nije ograničen na vodene medije, već se može primijeniti na druga otapala pa čak i reakcije u plinskoj faziDrugo, omogućuje nam opisivanje kiselinsko-baznih reakcija u kojima se ne mora nužno formirati voda, već u kojima protoni prelaze izravno iz jedne vrste u drugu.
Brønsted-Lowryjeva definicija uvodi važnu konceptualnu promjenu uzimajući u obzir da su kiselost i bazičnost relativna svojstvaovisna o ravnoteži između određene kiseline i baze i njihovih konjugiranih vrsta. Stoga se može govoriti o serije snage kiselina i baza, te ravnoteža u kojima položaj ovisi o relativnom afinitetu za protona.
Definicija Lewisa
Gilbert N. Lewis formulirao je jednu od najopćenitijih definicija kiselina i baza, temeljenu na ponašanju elektroni u kemijskim reakcijama. U njegovom modelu, a Lewisova baza To je vrsta sposobna za donirati par elektronadok a Lewisova kiselina To je vrsta sposobna za prihvatiti taj par elektrona.
Ova formulacija ne zahtijeva prisutnost protona ili specifičnih otapala. Metalni ioni s prazne orbitaleNa primjer, mogu djelovati kao Lewisove kiseline, dok molekule s usamljeni parovi elektrona (kao što su amonijak, voda ili halogenidi) djeluju kao Lewisove baze. Kada se reakcija dogodi, a koordinatna kovalentna veza dijeljenjem para elektrona koje je donirala baza.
Ova perspektiva uvelike proširuje područje kiselinsko-bazne kemije, obuhvaćajući koordinacijske reakcijeProcesi u nevodenim sustavima i mnoge organske i anorganske transformacije ne uklapaju se dobro u Arrheniusov ili Brønsted-Lowryjev model. Iz Lewisove perspektive, dobro poznato stvaranje vode može se shvatiti kao kombinacija Lewisova kiselina (proton) s Lewisova baza (elektronski par kisika u molekuli vode).
Lewisova teorija integrira i generalizira mnoge aspekte Brønsted-Lowryjeve teorije i koncepta sustav otapala, nudeći zajednički jezik za opis reakcija u kojima se izmjenjuju elektroni umjesto protona, a koje ne moraju nužno uključivati stvaranje klasičnih soli.
Pearsonova definicija (tvrda-meka kiselina-baza)
Teorija o tvrde i meke kiseline i baze (ABDB) je predložen kako bi se bolje objasnili i predvidjeli trendovi u reakcijama metateza i koordinacijske procese, posebno u anorganskoj kemiji. Ralph Pearson predložio je klasificiranje kiselina i baza prema njihovoj „tvrdoći“ ili „mekoći“, konceptima koji se odnose na svojstva kao što su veličina vrste, su oksidacijsko stanje i polarizabilnost.
U tom kontekstu se smatra „mekan"relativno velikim vrstama, s niska oksidacijska stanja y visoko polarizabilanJesu li "Duras"male vrste, s visoka oksidacijska stanja i niska polarizabilnost. Temeljno empirijsko pravilo ove teorije glasi da Tvrde kiseline se preferencijalno vežu za tvrde baze, dok meke kiseline pokazati afinitet za meke baze.
Ovaj pristup je vrlo koristan u koordinacijska kemija, u dizajnu katalizatori i u predviđanju produkata u reakcijama gdje su moguće višestruke kombinacije. Na primjer, omogućuje nam da predvidimo koji će se ligandi najjače vezati za određeni metalni kation ili koje će kombinacije biti najstabilnije u kontekstu industrijskih ili okolišnih procesa.
Iako se prvenstveno oslanja na razmatranja kvalitativnoPearsonova teorija nudi vrlo vrijedan okvir za tumačenje trendova u reaktivnost, selektivnost y stabilnost kompleksaTakođer je prošireno na procjenu ponašanja energetskih i eksplozivnih materijala, kod kojih interakcije tvrdo-meko kiselo-baznih materijala mogu utjecati na njihovu osjetljivost i performanse.
Definicija Usanoviča
Mihail Usanovič predložio je izrazito općenitu definiciju kiselina i baza, koja obuhvaća vrlo širok raspon kemijskih reakcija. U njegovoj koncepciji, kiselina je li bilo koja tvar sposobna prihvatiti negativne vrste (kao što su anioni ili elektroni) ili donirajte pozitivne vrste (kao kationi), dok je a baza To je bilo koja tvar koja čini suprotno: prihvaća pozitivne vrste o donirajte negativne vrste.
Ova formulacija je toliko široka da obuhvaća ne samo tradicionalne kiselinsko-bazne reakcije, već i mnoge procese oksidacijsko-redukcijska (redoks)U praksi se kiselinsko-bazna reakcija u Usanovičevom smislu preklapa s redoks reakcijom, što granicu između njih čini vrlo nejasnom. Taj nedostatak jasne razlike jedan je od razloga zašto njezina definicija nije široko prihvaćena u osnovnom obrazovanju, iako ima značajnu konceptualnu vrijednost.
Dok se mnoge teorije o kiselini i bazi usredotočuju na stvaranje i kidanje veza kovalentna ili koordinatna, Usanovicheva definicija, kao i neki redoks pristupi, naglašava fizički prijenos tereta (ioni ili elektroni). Ova perspektiva je korisna u određenim područjima teorijske kemije, ali manje praktična kada se traži jednostavna operativna klasifikacija za opću upotrebu.
Definicija Lux-Flood
U specifičnim kontekstima kao što su geokemija i elektrokemija rastaljenih soliLux-Floodova definicija koristi se za opis kiselinsko-baznog ponašanja u odsutnosti vode i slobodnih protona. Ovu teoriju predložio je Hermann Lux, a kasnije ju je razvio i popularizirao Håkon Flood, što je rezultiralo modelom od posebne važnosti u ionskim sustavima na visokim temperaturama.
Prema ovoj definiciji, a baza je donor oksidnog aniona (O2-)dok a kiselina je akceptor oksidnog anionaU reakcijama proučavanim ovim pristupom, izmjena oksidnih aniona između ionskih vrsta ključna je za razumijevanje smjera procesa i stabilnosti prisutnih faza.
Definicija Lux-Flood-a je posebno korisna za tumačenje reakcija u oksidne taline, u stvaranje minerala unutar Zemljine kore i u obrada metala elektrolizom u rastaljenim solima. Iako se može činiti vrlo specijaliziranim, ističe kako se koncept kiselosti i bazičnosti može prilagoditi okruženjima u kojima je uloga vode nebitna ili nepostojeća.
Definicija sustava otapala
Model sustav otapala Ovo predstavlja generalizaciju Arrheniusove definicije na medije osim vode. Ovaj pristup pretpostavlja da mnoga otapala sadrže vrste. solvonijevi kationi y solvonijevi anioni, u ravnoteži s neutralnim molekulama samog otapala.
U sustavu otapala, definirano je kao kiselina na otopljenu tvar koja uzrokuje povećanje koncentracije solvonijevih kationa ili smanjenje solvonijevih anionaOsim toga, a baza To je otopljena tvar koja uzrokuje povećanje solvonijevih aniona ili smanjenje solvonijevih kationaKiselo ili bazično ponašanje tvari, dakle, ovisi ne samo o njezinoj prirodi, već i o otapalo za beton gdje se nalazi.
Ovaj model objašnjava zašto se ista tvar može manifestirati različita ponašanja Ovisno o mediju, može djelovati kao kiselina u jednom otapalu, a kao baza u drugom. Nadalje, omogućuje proučavanje kiselinsko-baznih reakcija u sustavima u kojima nema vode, kao što su polarna organska otapala ili specijalizirani ionski mediji.
Definicija sustava otapala istaknula je važnost razmatranja kemijski okoliš a ne samo intrinzična struktura otopljenih tvari, što se pokazalo ključnim za razvoj novih sintetskih i analitičkih metodologija u modernoj kemiji.
Zapanjujuće je vidjeti kako su kroz povijest kemičari iz vrlo različitih razdoblja i konteksta predlagali razne definicije o istom fenomenu. Daleko od toga da su kontradiktorne, ove teorije su obično komplementarneSvaka se prilagodila specifičnom području primjene. Zajedno su omogućile izgradnju mnogo potpunije vizije o tome što su kiseline i baze, kako se odnose na strukturu materije i kako upravljaju golemim brojem temeljnih reakcija u prirodi i ljudskoj tehnologiji.