Ha ezt az üzenetet látod, az annak a jele, hogy külső anyagok nem töltődnek be hibátlanul a honlapunkra.

If you're behind a web filter, please make sure that the domains *.kastatic.org and *.kasandbox.org are unblocked.

Fő tartalom

Brönsted savak és bázisok

Főbb pontok

  • Brönsted sav minden olyan anyag, amely hidrogénion – H+ leadására képes.
  • Brönsted bázis minden olyan anyag, amely hidrogénion felvételére képes. A H+-ion megkötéséhez nemkötő elektronpár szükséges.
  • A víz amfoter, ami azt jelenti, hogy Brönsted savként és Brönsted bázisként is viselkedhet.
  • Az erős savak és bázisok vizes oldatban teljes mértékben disszociálnak, míg a gyenge savak és bázisok disszociációja csak részleges.
  • A Brönsted sav konjugált bázisa az az anyag, amely úgy keletkezik, hogy a sav lead egy hidrogéniont. A Brönsted bázis konjugált sava az az anyag, amely úgy keletkezik, hogy a bázis felvesz egy hidrogéniont.
  • A konjugált sav-bázis párok molekulaképlete azonos, csak annyi a különbség, hogy a sav a konjugált bázishoz képest egy további H+-t tartalmaz.

Bevezetés

A tenger gyümölcsei olyan vegyületeket tartalmaznak, amelyek bomlása során aminok képződnek. Ezek gyenge bázisok, melyeknek jellegzetes „halszaga” van. Kép forrása: pixabay, CC0 közkincs
Az Arrhenius-savakról és bázisokról szóló előző tananyagban megtanultuk, hogy Arrhenius-sav minden olyan anyag, amely vizes oldatban növeli a H+-ionok koncentrációját, és Arrhenius-bázis minden olyan anyag, amely vizes oldatban növeli a OH-ionok koncentrációját. Az Arrhenius-féle elmélet fő korlátja az, hogy a sav-bázis tulajdonságok csak vízben értelmezhetőek. Ebben a leckében rátérünk az általánosabb Brönsted-Lowry elméletre, amely a reakciók szélesebb körére vonatkozik.

A Brönsted-Lowry-féle sav-bázis elmélet

A Brönsted-Lowry-féle elmélet a sav-bázis kölcsönhatásokat a kémiai részecskék közötti hidrogénion-átadásként írja le. Brönsted sav minden anyag, ami hidrogénion (H+) leadására képes, és bázis minden anyag, amely hidrogénion felvételére képes. A molekulaszerkezet szempontjából ez azt jelenti, hogy minden Brönsted sav tartalmaz olyan hidrogént, amely H+-ionként képes disszociálni. Ahhoz, hogy a Brönsted bázis felvehessen egy hidrogéniont, olyan nemkötő elektronpárnak kell benne lennie, amely a hidrogénionnal új kötést tud létesíteni.
A Brönsted-Lowry-féle sav-bázis elmélet alapján minden olyan reakció sav-bázis reakció, amelyben egy sav hidrogéniont ad át egy bázisnak. A Brönsted-Lowry-féle sav-bázis elmélet segítségével a sav-bázis reakciókat bármilyen oldószerben és gázfázisban is tudjuk értelmezni. Tekintsük például az ammóniagáz, NH3(g), hidrogén-klorid-gázzal, HCl(g), való reakcióját, amikor szilárd ammónium-klorid, NH4Cl(sz) keletkezik:
NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(sz)
Ez a reakció felírható a kiindulási anyagok és a termékek Lewis-szerkezetével is:
Ebben a reakcióban a HCl átadja a – kék színnel jelölt – hidrogénjét az NH3-nak. Ezért a HCl Brönsted savként viselkedik. Mivel az NH3-nak van nemkötő elektronpárja, amellyel megköti a hidrogént, az NH3 Brönsted bázis.
Jegyezzük meg, hogy az Arrhenius-féle elmélet szerint a fenti reakció nem lenne sav-bázis reakció, mivel nem keletkezik vizes közegben sem H+-, sem OH-ion. Ugyanakkor a reakció kémiai háttere – ahol a HCl és NH3 közötti hidrogénion-átadás eredményeként NH4Cl keletkezik –, nagyon hasonló ahhoz, ami vizes közegben játszódna le.
Nézzünk meg néhány további példát, hogy jobban megérthessük ezeket a definíciókat.

A Brönsted savak és bázisok felismerése

A salétromsav és a víz közötti reakcióban a salétromsav (HNO3) átadja a (kékkel jelölt) hidrogént a víznek, ezért Brönsted savként viselkedik.
HNO3(aq)+H2O(f)H3O+(aq)+NO3(aq)
Mivel a víz felveszi a salétromsav hidrogénjét, amikor H3O+ keletkezik, a víz Brönsted bázisként viselkedik. Ez a reakció nagymértékben a termékek képződésének kedvez, ezért a nyíl csak a jobb oldalra mutat.
Most nézzünk egy reakciót ammóniával (NH3) vizes közegben:
NH3(aq)+H2O(f)NH4+(aq)+OH(aq)
Ebben a reakcióban a víz adja át az egyik hidrogénjét az ammóniának. A hidrogén leadása után a vízből hidroxidion (OH) lesz. Mivel ebben a reakcióban a víz hidrogénion-donor, Brönsted savként viselkedik. Az ammónia átveszi a víz hidrogénjét, ekkor ammóniumion (NH4+) keletkezik. Ezért az ammónia Brönsted bázisként viselkedik.
Az előző két reakcióban láttuk, hogy a víz Brönsted bázisként – a salétromsavval reagálva – és Brönsted savként – ammóniával reagálva – is viselkedhet. Mivel hidrogénion felvételére és leadására is képes, a víz amfoter vegyület, ami azt jelenti, hogy Brönsted savként és Brönsted bázisként is viselkedhet.

Erős és gyenge savak: disszociálni vagy nem disszociálni?

Erős savak azok az anyagok, amelyek vizes oldatban teljes mértékben alkotó ionjaikra disszociálnak. Például a salétromsav erős sav. Vízben teljes mértékben oxóniumionra (H3O+) és nitrátionra (NO3) disszociál. A reakció lejátszódása után nincs disszociálatlan HNO3-molekula az oldatban.
Ezzel szemben a gyenge savak nem disszociálnak teljes mértékben az alkotóionjaikra. Az ecetben levő ecetsav (CH3COOH) például gyenge sav. Az ecetsav vízben részlegesen disszociál oxóniumionra és acetátionra (CH3COO):
CH3COOH(aq)+H2O(f)H3O+(aq)+CH3COO(aq)
Figyeld meg, hogy ebben a reakcióban a nyilak mindkét irányba mutatnak: . Ez arra utal, hogy az ecetsav disszociációja dinamikus egyensúly, ahol az ecetsavmolekulák nagy koncentrációban semleges CH3COOH-molekulaként, illetve disszociált formában, H+- és CH3COO-ionokként is jelen vannak.
Balra: egy erős sav vizes oldata, jobbra: egy gyenge sav vizes oldata. A hidrogén-klorid erős sav, amely vízben teljes mértékben disszociál (a). A hidrogén-fluorid gyenge sav, amely részlegesen disszociál hidrogén- és fluoridionokra (b).
Szokványos kérdés: – Honnan tudod, hogy valami erős vagy gyenge sav? – Kiváló kérdés! A rövid válasz, hogy csak néhány erős sav van, minden mást gyenge savnak tekintünk. Ha tisztában vagyunk vele, hogy melyek a közismert erős savak, a kémia feladatokban könnyen azonosíthatjuk a gyenge és az erős savakat is.
A következő táblázatban látható néhány példa a közismert erős savakra.

Közismert erős savak

NévKéplet
Hidrogén-kloridHCl
Hidrogén-bromidHBr
Hidrogén-jodidHI
KénsavH2SO4
SalétromsavHNO3
PerklórsavHClO4

Erős és gyenge bázisok

Az erős bázisok olyan anyagok, amelyek vizes oldatban teljes mértékben disszociálnak. Erős bázis például a nátrium-hidroxid (NaOH). Vízben a nátrium-hidroxid teljes mértékben nátrium- és hidroxidionokra disszociál:
NaOH(aq)Na+(aq)+OH(aq)
Így ha nátrium-hidroxid oldatot készítünk, csak Na+- és OH-ionok lesznek a kész vizes oldatban. Nem valószínű, hogy disszociálatlan NaOH lesz az oldatban.
Vizsgáljuk meg az ammóniát (NH3) vízben. Az ammónia gyenge bázis, tehát vízben részlegesen disszociál:
NH3(aq)+H2O(f)NH4+(aq)+OH(aq)
Az ammóniamolekulák egy része protont vesz fel a víztől, így ammónium- és hidroxidionok keletkeznek. Dinamikus egyensúly jön létre, amelyben az ammóniamolekulák folyamatosan protont cserélnek a vízzel, és az ammóniumionok visszaadják a protonokat a hidroxidnak. A fő részecske az oldatban a disszociálatlan ammónia (NH3), mert az ammónia csak kis mértékben deprotonálja a vízmolekulákat.
Közismert erős bázisok az 1. és 2. főcsoportbeli elemek hidroxidjai.
Közismert gyenge bázisok a nitrogéntartalmú vegyületek, mint például az ammónia, trimetilamin és piridin.

1. példa: Sav-bázis reakció felírása hidrogén-foszfáttal

A hidrogénfoszfát (HPO42) gyenge bázisként vagy gyenge savként is viselkedhet vizes oldatban.
Mi a rendezett egyenlete annak a reakciónak, amikor a hidrogénfoszfát vizes közegben gyenge savként reagál?
Mivel a hidrogénfoszfát Brönsted bázisként viselkedik, a víznek Brönsted savként kell viselkednie. Ez azt jelenti, hogy a víz protont ad át, így hidroxid keletkezik. A hidrogénfoszfát protonfelvétele H2PO4 képződését eredményezi:
HPO42(aq)+H+(aq)H2PO4(aq)
Mivel a hidrogénfoszfát gyenge bázisként szerepel ebben a példában, szükség van az egyensúlyi jelre (), ami azt mutatja, hogy a reakció reverzibilis. Így a következő rendezett egyenletet kapjuk arra a reakcióra, amikor is a hidrogénfoszfát gyenge bázisként viselkedik vizes közegben:
HPO42(aq)+H2O(f)H2PO4(aq)+OH(aq)
Honnan tudjuk, hogy egy olyan anyag, mint a hidrogénfoszfát savként vagy bázisként fog-e viselkedni? A rövid válasz az az, hogy ha különböző reakciók lehetségesek, akkor a különböző egyensúlyi reakcióknak az egyensúlyi állandói is különböznek. Az, hogy melyik egyensúly lesz a kedvezményezett, olyan tényezőkön múlik, mint az oldat pH-ja, és hogy milyen egyéb részecskék vannak az oldatban. Ezzel a kérdéssel részletesebben foglalkozunk majd, amikor a pufferekről és a titrálásról tanulunk.
Fogalom-ellenőrzés: mi lenne a rendezett egyenlet abban az esetben, ha a hidrogénfoszfát gyenge savként viselkedne vizes oldatban?

Konjugált sav-bázis párok

Most, hogy már tisztában vagyunk a Brönsted savakkal és bázisokkal, rátérhetünk a lecke utolsó fogalmára: a konjugált sav-bázis párokra. Egy Brönsted-féle sav-bázis reakcióban a konjugált sav az az anyag, amely úgy keletkezik, hogy a bázis felveszi a protont. Ezzel szemben a konjugált bázis az az anyag, amely úgy keletkezik, hogy a sav átadja a protonját. A konjugált sav-bázis pároknak ugyanaz a képletük, azzal az eltéréssel, hogy a sav egy további H+-iont tartalmaz a konjugált bázishoz képest.

2. példa: Erős sav disszociációja

Nézzük meg az erős sav HCl reakcióját vízzel:
HCl(aq)+H2O(f)H3O+(aq)+Cl(aq)
          sav            bázis              sav           bázis
Ebben a reakcióban a HCl átad egy hidrogéniont a víznek; ezért a HCl Brönsted sav. Miután a HCl leadta a hidrogéniont, Cl-ion keletkezik, így a Cl a HCl konjugált bázisa.
1. konjugált pár=HCl és Cl
Mivel a víz hidrogéniont vesz fel a HCl-tól, a víz Brönsted bázis. Amikor a víz felveszi a hidrogéniont, H3O+ keletkezik. Ezért a H3O+ a H2O konjugált sava.
2. konjugált pár=H2O és H3O+
A reakcióban minkét konjugált sav-bázis pár tartalmaz egy Brönsted savat és egy Brönsted bázist, a sav és a bázis egyetlen hidrogénionban különböznek. Általánosságban is igaz, hogy egy Brönsted sav és bázis reakciójában két konjugált sav-bázis pár szerepel.

3. példa: gyenge bázis reakciója vízzel

Nézzük meg a gyenge bázis ammónia reakcióját vízzel:
NH3(aq)+H2O(f)NH4+(aq)+OH(aq)
          bázis            sav            sav             bázis
Az ammónia ebben a reakcióban hidrogéniont vesz fel a víztől, ezért Brönsted bázisként viselkedik. Az ammóniából – miután felvette a víztől a hidrogéniont – NH4+ keletkezik. Ezért az NH4+ az ammónia konjugált sava.
1. konjugált pár=NH3 és NH4+
A víz hidrogéniont ad át az ammóniának, ezért Brönsted sav. Miután a víz átad egy hidrogéniont az ammóniának, OH keletkezik. Ezért a OH a víz konjugált bázisa.
2. konjugált pár=H2O és OH
Mivel az ammónia gyenge bázis, az ammóniumion vissza tudja adni a hidrogéniont a hidroxidionnak, így újraképződik az ammónia és a víz. Ennélfogva dinamikus egyensúly áll fenn. Ez mindig igaz az olyan reakciókra, amelyekben gyenge savak és bázisok szerepelnek.

Összefoglalás

  • Brönsted sav minden olyan részecske, mely hidrogénion—H+ felvételére képes.
  • Brönsted bázis minden olyan anyag, amely hidrogénion felvételére képes. A H+ megkötéséhez nemkötő elektronpár szükséges.
  • A víz amfoter, ami azt jelenti, hogy Brönsted savként és Brönsted bázisként is viselkedhet.
  • Az erős savak és bázisok vizes oldatban teljes mértékben disszociálnak, míg a gyenge savak és bázisok disszociációja csak részleges.
  • A Brönsted sav konjugált bázisa az az anyag, amely úgy keletkezik, hogy a sav lead egy hidrogéniont. A Brönsted bázis konjugált sava az az anyag, amely úgy keletkezik, hogy a bázis felvesz egy hidrogéniont.
  • A konjugált sav-bázis párok molekulaképlete azonos, csak annyi a különbség, hogy a sav a konjugált bázishoz képest egy további H+-t tartalmaz.

1. feladat: Sav-bázis reakciók felismerése

A Brönsted-Lowry-féle elmélet alapján az alábbiak közül melyek sav-bázis reakciók?
Válaszd ki az ÖSSZES lehetséges megoldást:

2. feladat: Konjugált sav-bázis párok felismerése

A hidrogén-fluorid (HF) gyenge sav, amely vízben a következő egyenletnek megfelelően disszociál:
HF(aq)+H2O(f)H3O+(aq)+F(aq)
Ebben a reakcióban mi a HF konjugált bázisa?
Válassz egyet:

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Még nincs hozzászólás.
Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.