Определение кислот

Определение кислот

Кислоты известны человеку уже очень давно. Хотя маловероятно, что в древности эти вещества расценивались как химические элементы, но их специфический вкус был хорошо понятен любому человеку.

Греки и римляне пользовались освежающим эффектом цитрусовых. Этот эффект обусловлен наличием в фруктах лимонной кислоты.

Поскольку в химической лаборатории нельзя пробовать языком вещества, не подвергая опасности свое здоровье, были разработаны специальные измерительные приборы и введен термин «кислота».

В 13-м веке азотная и серная кислоты были впервые упомянуты в письмах византийских ученых. Их добыча впервые описана в 1250 году алхимиком Гебером. Азотную кислоту он получал путем «дистилляции» из солей квасцов и купороса, а серную – добавляя селитру (нитрат калия) к смеси солей.

Во времена Ренессанса кислоты, которые называли «горячей водой», приобретают важное значение. Азотная кислота использовалась при обработке драгоценных металлов. Например, в Венеции в 15 веке она использовался для отделения серебра от золота.

Соляная кислота впервые была получена в 16 веке.

Экономическое использование серной кислоты началось только в середине 18 века. Основными областями ее применения были крашение и отбеливание тканей.

Английский исследователь РОБЕРТ БОЙЛ (1627-1691) первым выделил кислоты и основания. Он обнаружил, что кислоты окрашивают растительный краситель лакмусовый в красный цвет и растворяют мрамор. Основания окрашивают лакмусовый в синий и образуют соли при смешивании с кислыми растворами.

Теория Аррениуса

Первую научную кислотную теорию разработал шведский химик Сванте Аррениус (теория электролитической диссоциации). В своем определении 1887 года под кислотой он понимал вещество, которое имеет кислый вкус и в водном растворе содержит ионы водорода.

Следовательно, в воде кислота диссоциирует на ионы водорода и ионы кислотных остатков в соответствии со следующим общим уравнением:

Определение кислот-1

По мнению Аррениуса кислоты, представляют собой ион кислотного остатка, полученный в результате диссоциации.

Для азотной кислоты уравнение имеет вид:

Определение кислот-2

Азотная кислота диссоциирует в воде на ионы водорода, и нитрат-ионы кислотных остатков.

Согласно Аррениуса, основанияэто вещества, которые имеют мыльный вкус и образует в воде гидроксид-ионы.

В целом, для гидроксидов металлов верно:

Определение кислот-3

Пример гидроксида натрия:

Определение кислот-4

Но это определение пришлось расширить, потому что оно имело большой недостаток. В своем определении Аррениус ограничился только водными растворами. С его позиции, для появления кислоты или основания всегда нужна вода. Однако позже стали также известны кислотно-основные реакции, которые не происходили в водных растворах.

Кроме того, было признано, что некоторые основания, такие как аммиак, не обязательно содержат гидроксид-ионы и, что свободные протоны (ионы водорода) не могут существовать в водном растворе.

Теория Бренстеда-Лаури

Независимо друг от друга датский химик Бренстед и англичанин Лаури разработали новое определение концепции кислотно-основного состояния в 1923 году.

Согласно Бренстеду, кислота – это вещество или соединение, способное стать донором протонов, а основания наоборот забрать их. Теория получила название протолитической теории кислот и оснований.

Обычно кислота реагирует с водой в соответствии с уравнением:

Определение кислот-5

Для примера азотной кислоты это приводит к:

Определение кислот-6

Основание, с другой стороны, представляет собой соединение, которое может поглощать протоны. Поэтому такое вещество также называют акцептором протонов.

Согласно этому определению ион кислотного остатка также рассматривается как основание:

Определение кислот-7

Например, аммиак реагирует как основание в водной и неводной системах, хотя он не содержит гидроксид-ионов:

Определение кислот-8
Определение кислот-9

Основным требованием теории Бренстеда-Лоури является наличие частицы, которая возобновляет высвобождение протона, поскольку свободные протоны не являются стабильными.

Согласно Бренстеду, кислотно-основные реакции являются реакциями с протонным переходом.

Обычным акцептором протонов является молекула воды. Однако, эта теория не смогла объяснить кислотно-основные реакции, которые происходят в неводных системах, например, с аммиаком в качестве растворителя.

Электронная теория Льюиса

Американский химик Гилберт Н. Льюис разработал еще одну кислотно-щелочную концепцию. Он расширил понятие кислоты на все вещества, которые могут занимать свободную электронную пару (акцепторы электронных пар).

Таким образом, Льюис включает соединения с кислотами, которые сами по себе не содержат протонов, такие как катионы металлов или соединения.

Однако, согласно Льюису, основания – это вещества, которые имеют неподеленную пару электронов и могут высвобождать их или делать их доступными для образования связи. Их также называют донорами электронных пар. К ним относятся вода и все анионы.

Одним из наиболее известных примеров основания является аммиак. Атом азота в аммиаке имеет три связи с атомами водорода, а также два свободных внешних электрона в виде неподеленной пары электронов.

Теория Льюиса является продолжением теории Бренстеда-Лоури. Так, например, ход нуклеофильного замещения на ароматических соединениях хлоридом алюминия в качестве катализатора может быть хорошо проиллюстрирован с помощью теории Льюиса.

Однако, согласно Льюису, сила кислот и оснований не может быть описана количественно. Кроме того, такие соединения, как вода или хлористый водород, больше не считаются кислотами. Поэтому наиболее наглядной моделью кислот и оснований для многих научных процессов все еще остается теория Бренстеда-Лоури.


НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ОСНОВАНИЯ

ОСОБЕННОСТИ ХИМИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

АЛХИМИЯ

ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ХИМИИ

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

15 − один =

Пролистать наверх