Fő tartalom
Kémia
Tantárgy/kurzus: Kémia > 7. témakör
1. lecke: Savak, bázisok, pH- Arrhenius savak és bázisok
- Arrhenius savak és bázisok
- A pH, a pOH és a pH-skála
- Brönsted savak és bázisok
- Brönsted savak és bázisok
- A víz öndisszociációja
- A víz öndisszociációja és a Kᵥ
- A pH definíciója
- Erős savak
- Erős bázisok
- Kötéserősség, anionok mérete, kötési energia
- A gyenge savak és erős savak felismerése
- A gyenge bázisok és erős bázisok felismerése
- Ismerkedés a sav-bázis reakciókkal
© 2023 Khan AcademyFelhasználási feltételekAdatkezelési tájékoztatóSüti figyelmeztetés
Brönsted savak és bázisok
Főbb pontok
- Brönsted sav minden olyan anyag, amely hidrogénion –
leadására képes. - Brönsted bázis minden olyan anyag, amely hidrogénion felvételére képes. A
-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
-t tartalmaz.
Bevezetés
Az Arrhenius-savakról és bázisokról szóló előző tananyagban megtanultuk, hogy Arrhenius-sav minden olyan anyag, amely vizes oldatban növeli a -ionok koncentrációját, és Arrhenius-bázis minden olyan anyag, amely vizes oldatban növeli a -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 ( ) leadására képes, és bázis minden anyag, amely hidrogénion felvételére képes. A molekulaszerkezet szempontjából ez azt jelenti, hogy minden Brönsted sav tartalmaz olyan hidrogént, amely -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, , hidrogén-klorid-gázzal, , való reakcióját, amikor szilárd ammónium-klorid, keletkezik:
Ez a reakció felírható a kiindulási anyagok és a termékek Lewis-szerkezetével is:
Ebben a reakcióban a átadja a – kék színnel jelölt – hidrogénjét az -nak. Ezért a Brönsted savként viselkedik. Mivel az -nak van nemkötő elektronpárja, amellyel megköti a hidrogént, az Brönsted bázis.
Jegyezzük meg, hogy az Arrhenius-féle elmélet szerint a fenti reakció nem lenne sav-bázis reakció, mivel nem keletkezik vizes közegben sem -, sem -ion. Ugyanakkor a reakció kémiai háttere – ahol a és közötti hidrogénion-átadás eredményeként 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 ( ) átadja a (kékkel jelölt) hidrogént a víznek, ezért Brönsted savként viselkedik.
Mivel a víz felveszi a salétromsav hidrogénjét, amikor 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 ( ) vizes közegben:
Ebben a reakcióban a víz adja át az egyik hidrogénjét az ammóniának. A hidrogén leadása után a vízből hidroxidion ( ) lesz. Mivel ebben a reakcióban a víz hidrogénion-donor, Brönsted savként viselkedik. Az ammónia átveszi a víz hidrogénjét, ekkor ammóniumion ( ) 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 ( ) és nitrátionra ( ) disszociál. A reakció lejátszódása után nincs disszociálatlan -molekula az oldatban.
Ezzel szemben a gyenge savak nem disszociálnak teljes mértékben az alkotóionjaikra. Az ecetben levő ecetsav ( ) például gyenge sav. Az ecetsav vízben részlegesen disszociál oxóniumionra és acetátionra ( ):
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 -molekulaként, illetve disszociált formában, - és -ionokként is jelen vannak.
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
Név | Képlet |
---|---|
Hidrogén-klorid | |
Hidrogén-bromid | |
Hidrogén-jodid | |
Kénsav | |
Salétromsav | |
Perklórsav |
Erős és gyenge bázisok
Az erős bázisok olyan anyagok, amelyek vizes oldatban teljes mértékben disszociálnak. Erős bázis például a nátrium-hidroxid ( ). Vízben a nátrium-hidroxid teljes mértékben nátrium- és hidroxidionokra disszociál:
Így ha nátrium-hidroxid oldatot készítünk, csak - és -ionok lesznek a kész vizes oldatban. Nem valószínű, hogy disszociálatlan lesz az oldatban.
Vizsgáljuk meg az ammóniát ( ) vízben. Az ammónia gyenge bázis, tehát vízben részlegesen disszociál:
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 ( ), 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 ( ) 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 képződését eredményezi:
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:
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 -iont tartalmaz a konjugált bázishoz képest.
2. példa: Erős sav disszociációja
Nézzük meg az erős sav reakcióját vízzel:
Ebben a reakcióban a átad egy hidrogéniont a víznek; ezért a Brönsted sav. Miután a leadta a hidrogéniont, -ion keletkezik, így a a konjugált bázisa.
Mivel a víz hidrogéniont vesz fel a -tól, a víz Brönsted bázis. Amikor a víz felveszi a hidrogéniont, keletkezik. Ezért a a konjugált sava.
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:
Az ammónia ebben a reakcióban hidrogéniont vesz fel a víztől, ezért Brönsted bázisként viselkedik. Az ammóniából – miután felvette a víztől a hidrogéniont – keletkezik. Ezért az az ammónia konjugált sava.
A víz hidrogéniont ad át az ammóniának, ezért Brönsted sav. Miután a víz átad egy hidrogéniont az ammóniának, keletkezik. Ezért a a víz konjugált bázisa.
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—
felvételére képes. - Brönsted bázis minden olyan anyag, amely hidrogénion felvételére képes. A
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
-t tartalmaz.
1. feladat: Sav-bázis reakciók felismerése
A Brönsted-Lowry-féle elmélet alapján az alábbiak közül melyek sav-bázis reakciók?
2. feladat: Konjugált sav-bázis párok felismerése
A hidrogén-fluorid ( ) gyenge sav, amely vízben a következő egyenletnek megfelelően disszociál:
Ebben a reakcióban mi a konjugált bázisa?
Szeretnél részt venni a beszélgetésben?
Még nincs hozzászólás.