Διδακτικά Βιβλία του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου

Αναζήτηση

Βρες
Εμφάνιση

Οξέα -Βάσεις κατά Br?nsted - Lowry

Έχουμε ήδη αναφερθεί στις απόψεις του Arrhenius, γύρω από τους ηλεκτρολύτες, στην Α΄ Λυκείου. Σύμφωνα μ΄ αυτές έχουμε:

Θεωρία Arrhenius: Οξέα είναι οι υδρογονούχες ενώσεις που όταν διαλυθούν στο νερό δίνουν λόγω διάστασης Η+. Βάσεις είναι οι ενώσεις που όταν διαλυθούν στο νερό δίνουν λόγω διάστασης ΟΗ-

Όμως, υπάρχουν και άλλες θεωρίες σχετικά με τα οξέα και τις βάσεις, πιο γενικές, χωρίς τον περιορισμό που βάζει η θεωρία του Arrhenius, δηλαδή το νερό να είναι διαλυτικό μέσο. Οι σημαντικότερες είναι των: α. Br?nsted - Lowry β. Lewis

Johanes Br?nsted (1879 -1947). Δανός χημικός και χημικός μηχανικός. Καθηγητής στο πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης. Διακρίθηκε για τις αντιναζιστικές του αντιλήψεις στη διάρκεια του Β΄ παγκοσμίου πολέμου. Εξελέγη βουλευτής το 1947, όμως δεν πρόλαβε να χαρεί τη νίκη του, λίγους μήνες αργότερα πέθανε.

Thomas Lowry (1874 - 1936). Άγγλος χημικός, καθηγητής στο πανεπιστήμιο του Λονδίνου. Οι Br?nsted και Lowry, εργαζόμενοι ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, διατύπωσαν την ομώνυμη θεωρία περί οξέων και βάσεων. Αξίζει να παρατηρήσουμε ότι την αντίληψη αυτή περί οξέων (ότι είναι δηλαδή δότες πρωτονίων) πρώτος διατύπωσε ο καθηγητής στο πανεπιστήμιο του Manchester Lapworth (1872 - 1941), του οποίου μαθητής ήταν ο Lowry.

Απ΄ αυτές ιδιαίτερα «βολική» για τη μελέτη των ιοντικών διαλυμάτων είναι των Br?nsted - Lowry. Σύμφωνα με τις απόψεις των Br?nsted -Lowry, τα οξέα και οι βάσεις ορίζονται:

Θεωρία Br?nsted - Lowry: Οξύ είναι η ουσία που μπορεί να δώσει ένα ή περισσότερα πρωτόνια. Βάση είναι η ουσία που μπορεί να δεχτεί ένα ή περισσότερα πρωτόνια

ΣΧΗΜΑ 3.4 Διαγραμματική απεικόνιση του ορισμού οξέος - βάσης κατά Br?nsted - Lowry.

Στο παράδειγμα ιοντισμού του HF: HF + H2O [pic] H3O+ + F- το HF είναι οξύ, ως δότης πρωτονίων και το Η2Ο βάση, ως δέκτης πρωτονίων. Για την προς τα αριστερά αντίδραση, οξύ είναι το οξώνιο Η3Ο+ και βάση το ιόν F-. Με την ίδια σκέψη ο ιοντισμός της ΝΗ3 έχει τη μορφή: [pic] Σύμφωνα με τον ορισμό που έδωσαν οι Br?nsted - Lowry για τα οξέα και τις βάσεις, παρατηρούμε ότι: - Δεν μπορεί να εκδηλωθεί ο όξινος χαρακτήρας χωρίς την παρουσία βάσης, και αντίστοιχα, δεν μπορεί να εκδηλωθεί ο βασικός χαρακτήρας χωρίς την παρουσία οξέος. Με άλλα λόγια, για να δράσει ένα σώμα ως οξύ πρέπει να υπάρχει μια ουσία που να μπορεί να δεχτεί πρωτόνια (βάση), και αντίστοιχα, για να δράσει ένα σώμα ως βάση πρέπει να υπάρχει μια ουσία που μπορεί να δώσει πρωτόνια (οξύ). Για παράδειγμα το καθαρό αέριο ξηρό HCl δεν εκδηλώνει όξινο χαρακτήρα. Οι όξινες ιδιότητες του HCl εκδηλώνονται, όταν αυτό διαλυθεί στο νερό (το νερό παίζει το ρόλο της βάσης). Με ανάλογο σκεπτικό στην οξειδοαναγωγή, δεν εκδηλώνεται ο οξειδωτικός χαρακτήρας χωρίς την παρουσία μιας αναγωγικής ουσίας, και αντίστροφα. - Ένα οξύ αποβάλλει πρωτόνιο και μετατρέπεται σε βάση, τη συζυγή του βάση. Επίσης μια βάση δέχεται πρωτόνιο και μετατρέπεται σε οξύ, το συζυγές της οξύ.

Lewis (1875-1946). Σύμφωνα με τις αντιλήψεις του Lewis: Οξύ είναι ο δέκτης ζεύγους ηλεκτρονίων π.χ. AlCl3 και βάση ο δότης ζεύγους ηλεκτρονίων π.χ. ΝΗ3.

Η ονομασία πρωτόνιο, χρησιμοποιείται ως συνώνυμη του Η+, καθώς η απώλεια ενός ηλεκτρονίου από το άτομο του Η αφήνει μόνο τον πυρήνα του ατόμου, δηλαδή ένα πρωτόνιο. Ωστόσο, τα πρωτόνια είναι τόσο δραστικά, ώστε σχηματίζουν πάντοτε δεσμούς με άλλες ενώσεις π.χ. παρουσία νερού σχηματίζουν Η3Ο+.

Όσο μάλιστα ισχυρότερο είναι το οξύ (όσο δηλαδή μεγαλύτερη τάση έχει να αποβάλλει πρωτόνιο), τόσο πιο ασθενής είναι η συζυγής του βάση (τόσο δηλαδή μικρότερη τάση έχει να προσλάβει πρωτόνιο). Και αντίστοιχα, όσο πιο ισχυρή είναι μια βάση, τόσο πιο ασθενές είναι το συζυγές της οξύ. Αν συμβολίσουμε ένα οξύ ΗΑ, μπορούμε να γράψουμε: [pic] Η βάση Α- λέγεται συζυγής του οξέος ΗΑ και το οξύ ΗΑ λέγεται συζυγές της βάσης Α-. Το δε ζεύγος ΗΑ και Α- λέγεται συζυγές ζεύγος. Αν συμβολίσουμε μια βάση με Β, μπορούμε να γράψουμε: [pic] Το οξύ ΗΒ+ λέγεται συζυγές της βάσης Β και η βάση Β λέγεται συζυγής του οξέος ΗΒ+. Το ζεύγος ΗΒ+ και Β λέγεται συζυγές ζεύγος. Παρατηρούμε, δηλαδή, ότι ένα οξύ διαφέρει από τη συζυγή του βάση κατά ένα πρωτόνιο (δηλαδή κατά ένα πυρήνα ατόμου Η). Στον παρακάτω πίνακα δίνονται χαρακτηριστικά παραδείγματα συζυγών ζευγών.

ΠΙΝΑΚΑΣ 3.1 Χαρακτηριστικά παραδείγματα συζυγών οξέων - βάσεων Παραδείγματα συζυγών - ζευγών ΟΞΥ - ΒΑΣΗ HCl - Cl- HF - F- H2S - HS- HS- - S2- H2O - OH- H3O+ - H2O NH4+ - NH3 NH3 - NH2-

Το Η2Ο, στην μεν ισορροπία HF + H2O [pic] H3O+ + F- παίζει το ρόλο της βάσης, στη δε ισορροπία: ΝΗ3 + H2O [pic] ΝΗ4+ + ΟΗ- παίζει το ρόλο του οξέος. - Ουσίες, όπως το νερό, που άλλοτε δρουν ως οξέα και άλλοτε ως βάσεις, ανάλογα με την ουσία με την οποία αντιδρούν, ονομάζονται αμφιπρωτικές ή αμφολύτες. - Τα οξέα και οι βάσεις δεν είναι απαραίτητο να είναι μόρια, αλλά μπορεί να είναι και ιόντα, όπως φαίνεται στον πίνακα 3.1. - Η θεωρία των Br?nsted - Lowry είναι πολύ γενικότερη εκείνης του Arrhenius και επεκτείνεται εύκολα σε οποιονδήποτε διαλύτη, ερμηνεύοντας όλες τις αντιδράσεις μεταφοράς πρωτονίων.

Γενικά ο μηχανισμός ηλεκτρολυτικής διάστασης των ηλεκτρολυτών αναφέρεται απλά ως διάσταση Ο βαθμός ιοντισμού (α) εξαρτάται από τη: 1. φύση του ηλεκτρολύτη. (βλέπε σχέση ισχύος και μοριακής δομής ηλεκτρολύτη). 2. φύση του διαλύτη. Για παράδειγμα το CH3COOH σε υδατικό διάλυμα είναι ασθενές οξύ, ενώ σε υγρή αμμωνία συμπεριφέρεται ως ισχυρό οξύ. 3. θερμοκρασία. Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, τόσο η τιμή του α αυξάνεται. Αυτό συμβαίνει, επειδή η αντίδραση ιοντισμού είναι ενδόθερμη αντίδραση. 4. συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη. Όσο αυξάνεται η συγκέντρωση τόσο η τιμή του α μειώνεται 5. παρουσία κοινού ιόντος. Στην περίπτωση αυτή η τιμή του α μειώνεται. Ο βαθμός ιοντισμού αποτελεί το μέτρο της ισχύος των ηλεκτρολυτών, με την προϋπόθεση ότι η σύγκριση των ηλεκτρολυτών γίνεται κάτω από τις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και συγκέντρωσης, στον ίδιο διαλύτη, χωρίς να υπάρχει παρουσία κοινού ιόντος.