A nagy gyakorlati érdeklődésre számot tartó, különleges tulajdonságokkal rendelkező anyagok régóta ismertek és használatosak, és ma már a következőképpen azonosítják őket: sav y bázisokEzek nagyon gyakori kémiai reagensek, amelyek képesek vegyületeik nagy részét a következő anyagokban fejleszteni: vizes közeg, és amelyek az anyagok ízük, megjelenésük és viselkedésük szerinti osztályozására tett első kísérletek óta elkísérik az emberiséget.
Vannak páran savakat és bázisokat érintő reakciók, amelyeket sav-bázis reakcióknak nevezünk, és amelyeket a ... elveinek alkalmazásával vizsgálnak kémiai egyensúly megoldásokhoz. Az ilyen típusú folyamatban egyetlen anyag játszik központi szerepet: a oldószerVizes oldatokban a savak és bázisok protonokat cserélnek vízzel, ezért ezeket a reakciókat más néven protoncsere-reakciók o protolitikus.
Jóval a modern kémia megjelenése előtt már empirikusan ismert volt, hogy egyes élelmiszerek, mint például az ecet, a citrom vagy bizonyos gyümölcsök, rendelkeznek... nagyon jellegzetes savanykás ízAzonban évszázadokba telt, mire megértették az íz okát. A „sav” szó a latin „sav” szóból származik.sav", mit jelent savanyú, és tükrözi, hogy az érzékszervi kritériumok – különösen az íz – hogyan voltak az első útmutatók ezen anyagok osztályozásához.
Mik azok a savak?
A modern vizes kémia szempontjából a savat úgy definiáljuk, mint bármely kémiai vegyület amely vízben oldva oldatot képez, amelynek hidrónium-kation aktivitás (H3O+) magasabb, mint a tiszta vízé. A pH-skála szempontjából ez azt jelenti, hogy a savas oldatnak van egy pH-érték 7 alatt.
Bármely kémiai anyag, amely megnyilvánul egy sav jellemző tulajdonságai (protonleadásra, bázisokkal való reakcióra, indikátorok módosítására való képesség stb.) az úgynevezett savas anyagA savak jelenlegi ismerete az idők során különféle elméleti modellek révén finomodott, de a központi elképzelés, miszerint ezek olyan anyagok, amelyek "savasságot" hoznak létre vagy járulnak hozzá egy közegben, továbbra is fennáll.
A savak jellemzői
A savak legfontosabb tulajdonságai és jellemzői közé tartoznak a következők, amelyek érzékszervi, kémiai és technológiai szempontokat is felölelnek:
- A következő tulajdonságokkal rendelkeznek: reagálnak bázisoknak nevezett anyagokkalsemlegesítési folyamatokat indítva el, amelyek során kialakulnak sók és vízEz az egyik legrégebben megfigyelt összefüggés a kémiában.
- Sok sav van rendkívül korrozívkülönösen a tömény ásványi savak (például sósav, salétromsav vagy kénsav). Ez a korrozív hatás annak köszönhető, hogy nagy mértékben reagálnak fémekkel, szerves szövetekkel és számos más anyaggal.
- Kiválóan működnek elektromos vezetők vizes közegben, mivel oldatban ionokra disszociálnak, amelyek lehetővé teszik az elektromos töltés folyadékon keresztüli szállítását.
- Sok esetben egy különös savanyú vagy savanyú ízKlasszikus példa erre az olyan élelmiszerek, amelyek citromsavpéldául narancs, lime, grépfrút vagy citrom, valamint az ecetben található ecetsav. Ez az érzékszervi kritérium volt az egyik első módszer a savas anyagok azonosítására.
- Reagálhatnak a következőkkel: fém-oxidok sót és vizet képeznek, ami hasonló viselkedést mutat, mint amit bázisokkal szemben mutatnak, ami azt mutatja, hogy képesek szilárd ionos és kovalens vegyületeket oldható vegyületekké alakítani.
- Bizonyos esetekben lehetnek egészségre káros és előállítani bőrégés és súlyos szövetkárosodást. A hosszan tartó érintkezés vagy magas koncentrációnak való kitettség megfelelő védőfelszerelést igényel.
- Képesek arra, hogy sót és molekuláris hidrogént (H2) amikor bizonyos dolgokra reagál aktív fémek (például cink, magnézium vagy vas), egy pezsgéssel és gázfelszabadulással járó folyamat.
- Olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek erősen befolyásolják a sav-bázis indikátorokpéldául fenolftalein vagy lakmuszpapír. Egy sav elszíntelenítheti a fenolftaleint (színtelenné téve), és képes a Lakmusz papír váltás kéktől a pirosig vagy narancssárga vagy vöröses árnyalatú, a használt indikátortól függően.
Ezeket a jellemzőket kiegészítik mások, amelyeket ma a kémiai elméletnek köszönhetően jobban megértünk: egyes savakat a erős savak mivel vízben szinte teljesen disszociálnak (mint a sósav), míg mások igen gyenge savakmivel csak részlegesen ionizálódnak (mint az ecetsav). Ez a disszociációs fok határozza meg savas viselkedésük intenzitását, és kulcsfontosságú a reakcióik kimenetelének előrejelzésében.
Történelmileg olyan anyagok, mint pl. ecetlé (ecetsav), a sós szellem (sósav), a nitro szellem (salétromsav) és a gyűlölet szelleme (kénsav) nélkülözhetetlen eszközzé vált az alkimisták és a protokémikusok számára. Hatalmas ereje volt anyagok, köztük nemesfémek feloldására olyan keverékeken keresztül, mint Kristályvíz, nagyon értékes és szimbolikus anyagokká tette őket a múlt korok kémiai gyakorlatában.
Mik az alapok?
A bázisok más néven ismertek lúgok, egy arab eredetű kifejezés, „al-qaly”, ami a következőhöz kapcsolódik növényi hamvak amelyeket szappan és üveg készítéséhez használtak. Ezeket mind bázisoknak nevezik. lúgos tulajdonságokkal rendelkező anyagokVagyis képesek savakkal reagálni sók képzése céljából, és vizes oldatban a következők koncentrációját hozzák létre vagy növelik. hidroxil ionok (OH)-) vagy az így viselkedő fajoké.
A leggyakoribb alapok közé tartoznak a hidroxidok (például NaOH és KOH), amelyeket széles körben használnak laboratóriumokban és az iparban. A jelenlegi kémiai nyelvben a bázist többféle kiegészítő módon is definiálhatjuk az elméleti modelltől függően: olyan anyagként, amely protonokat fogad el (Brønsted-Lowry modell) vagy olyan fajként, amely elektronpárokat adományoz (Lewis-modell). A vizes oldatok területén azonban továbbra is hasznos azokat olyan vegyületekként leírni, amelyek egy pH-érték nagyobb, mint 7 amikor vízben oldódik.
Az alapok jellemzői
Robert Boyle és más úttörő vegyészek számos alapvető tulajdonságot azonosítottak, amelyek lehetővé teszik a bázisok felismerését és osztályozását. A legfontosabbak közé tartoznak:
- Általában egy szappanos vagy csúszós jellegűkülönösen erős bázisokkal, például nátrium-hidroxiddal vagy kálium-hidroxiddal oldatban történő kezelés esetén.
- Jellemzőjük az övék keserű ízEz a tulajdonság történelmileg a hamuból nyert lúgokhoz kapcsolódott, bár biztonsági okokból nem tanácsos tömény bázikus anyagokat vizsgálni.
- Megvan a savakkal való reakcióképesség, termelő sók és víz a semlegesítési reakciókban, amelyek a sav-bázis kémia tanulmányozásának egyik pillérei.
- Meg tudják csinálni a Lakmusz papír váltás pirosból kékbeés számos indikátort befolyásolnak, például a fenolftaleint, amely bázikus közegben intenzív rózsaszín színt vesz fel.
- Sok hidroxid van vízben oldódókülönösen az alkáli- és alkáliföldfémek oldatai, ami megkönnyíti azok felhasználását ipari és laboratóriumi folyamatokban. Ezek a vizes oldatok általában jók elektromos vezetők ionok jelenléte miatt.
- Ezen anyagok túlnyomó többsége káros az emberi bőrremert a zsírok elszappanosításával és a fehérjék lebontásával károsítják a szöveteket. Az erős bázisok, mint például a marónátron vagy a kálium-hidroxid, nagyon súlyos égési sérüléseket okozhatnak.
A legrégebbi ismert bázisok közé tartozik a nyájas (nátrium-karbonát) és a hamuzsír (kálium-karbonát), amelyet hamu vizes kivonataiból nyernek. Ezeket kiegészítik a természetes formájú lúgos talajokpéldául mészkő vagy kréta (kalcium-karbonát). A kémia fejlődésével más vegyületeket is beépítettek, például ammónia, kezdetben illékony lúgnak tekintették, amelyet szerves anyagok, például karbamid bomlásával nyertek.
Bár Boyle és más nagy vegyészek többször is megpróbálták megmagyarázni, hogy a savak és bázisok miért viselkednek úgy, ahogy, az első teljes mértékben elfogadott elméleti definíciók megszilárdulása hosszú időt vett igénybe. A történelem nagy részében a savakat és bázisokat úgy definiálták, hogy... körlevélVagyis az alapján, hogyan reagáltak egymással: egy anyag savas volt, ha ismert bázissal reagált, és bázikus, ha ismert savval erősen reagált.
Sav-bázis reakciók
Sav-bázis reakciók, más néven semlegesítési reakciókEzek olyan kémiai folyamatok, amelyek során egy sav és egy bázis reakcióba lép, fő termékként só és vízA „só” kifejezést minden olyan vegyület leírására használják, amely a következő tulajdonságokkal rendelkezik: ionos karakter amelynek kationja bázisból, anionja pedig savból származik.
A vizes kémia kontextusában ezeket a reakciókat H-ionok kombinációiként értjük+ (vagy H)3O+) a savból OH-ionokkal- az alaptól a formáig vízmolekulákTágabb értelemben, olyan modellekben, mint a Brønsted-Lowry modell, ezeket a következő folyamatokként írják le: protonátadás egy donor (sav) és egy recipiens (bázis) között.
az semlegesítési reakciók A legtöbb esetben azok hőtermelőVagyis energiát szabadítanak fel hő formájában. Ezért, amikor tömény savak és bázisok oldatait összekeverjük, jelentős hőmérséklet-emelkedés figyelhető meg. Ezt "semlegesítésnek" nevezik, mert amikor a sav és a bázis megfelelő arányban egyesül, reakcióba lépnek. Kioltják egymást jellegzetes tulajdonságaikbanolyan oldatot hozva létre, amelynek pH-ja közel semleges, a reagensek relatív erősségétől függően.
Történelmileg a savak és bázisok közötti „antagonizmust” szinte ellentétes anyagok közötti küzdelemként értelmezték. A protokémikusok megfigyelték, hogy amikor egy „savas szeszesital” lúggal érintkezett, reakció indult be. viharos reakcióA reakció gyakran heves volt, hőt, sőt gázokat, például szén-dioxidot is termelve, amikor a lúg karbonát volt. Ezek a feltűnő jelenségek segítettek megszilárdítani azt az elképzelést, hogy a savak és a bázisok egyértelműen elkülönülő és ellentétes kategóriákba tartoznak.
Sav-bázis reakció gyakorlása
A semlegesítési reakció szemléltetésére egy klasszikus laboratóriumi kísérlet végezhető el egy sav-bázis titrálásEgy tipikus eljárás egy Erlenmeyer-lombik használatát foglalja magában, amelyhez egy sósavoldat (HCl) ismert vagy meghatározandó koncentrációjú, amelyhez néhány csepp sav-bázis indikátor, például fenolftalein.
La fenolftalein Savas vagy enyhén semleges közegben színtelen, de színt vesz fel intenzív rózsaszín alap közegbenÍgy a színváltozása vizuális jelzésként szolgál annak a pontnak a kimutatására, ahol az oldat savfeleslegből enyhe bázisfeleslegbe váltott.
Ezzel párhuzamosan egy bürettát készítenek a következő oldattal: nátrium-hidroxid (NaOH)amely titrálószerként működik. A büretta csapját óvatosan és lassan nyitjuk ki, hagyva, hogy a NaOH-oldat cseppenként az Erlenmeyer-lombikban lévő savra csöpögjön.
Ahogy az alja leesik és a lombik finoman rázkódik, az OH-ionok- a bázis reagál a H-ionokkal+ (vagy H)3O+) sósavból, képezve víz és nátrium-klorid (NaCl)Ez a folyamat okozza a csökken a savasság fokozatosan, és hogy a pH-emelkedésAz oldat hőmérséklete a reakció exoterm jellege miatt kissé emelkedhet.
Eljön az a pont, amikor a hozzáadott bázis mennyisége pontosan annyi, amennyire szükség van semlegesítse az összes jelenlévő savatAbban a pillanatban, az úgynevezett ekvivalenciapontA következő csepp bázis enyhe OH-felesleget eredményez.- az oldatban, aminek következtében az indikátor színe megváltozik és rózsaszínűvé válik. Ez a színváltozás kísérleti jele annak, hogy a kívánt sav-bázis egyensúly beállt.
Mennyiségi szempontból a sav- és bázissemlegesítők arányosan keletkeznek egyenértékű-egyenértékűEz azt jelenti, hogy egy savnak megfelelő teljesen semlegesítve lesz egy bázisegyenérték, függetlenül az egyes anyagok specifikus természetétől, feltéve, hogy ismert a protonleadásra vagy -felvételre való képességük.
La egy grammnak megfelelő tömeg Az anyag típusa és a reakció alapján határozzák meg. Egy só grammegyenértékének kiszámítása nem ugyanaz, mint egy savére vonatkozó kiszámítás, és nem is ugyanaz minden lehetséges reakció esetében, mivel az átvitt protonok vagy a részt vevő funkciós csoportok száma változhat. Ezért a egyenértékű számítások Ezeket a reakció konkrét kontextusához kell igazítani.
Savak esetében a moláris tömeg megosztva a disszociálható hidrogének száma Ez az adott sav egy grammegyenértékének tömegét eredményezi. Hidroxid típusú bázisok esetén a grammegyenértéket általában úgy kapjuk meg, hogy a moláris tömeget elosztjuk a sav bázisainak számával. OH csoportok- jelen van a képletben.
A titrálás során felhasznált oldatok térfogatát a következő képlettel lehet összefüggésbe hozni: Na Va = Nb Vb, ahol Na és V.a a szabályszerűség és a sav térfogata, valamint Nb és V.b Ezek a bázis normalitása és térfogata. Ez a kifejezés lehetővé teszi számunkra, hogy kiszámítsuk egy ismert koncentrációjú oldat mennyiségét, amely egy másik oldat teljes semlegesítéséhez szükséges, amelynek koncentrációját meg akarjuk határozni.
A kiszámításához szabályszerűség Egyetlen protont leadó monoprotikus savak savas oldatára az egyszerűsített összefüggés használható: normalitás = molaritásPoliprotikus savakban vagy polifunkciós bázisokban figyelembe kell venni a protonok vagy OH-csoportok számát- molekulánként elérhető.
A sav-bázis reakció jelentősége
A sav-bázis reakciók óriási jelentőséggel bírnak a kémiában és a mindennapi életben, különösen azért, mert hasznosak a következőkben: kvantitatív elemzési technikák volumetrikus titrálással. Ezek az eljárások lehetővé teszik az oldatokban lévő anyagok koncentrációjának pontos meghatározását, ami alapvető fontosságú a klinikai elemző laboratóriumokban, az ipari minőségellenőrzésben, a vízkezelésben, az élelmiszeriparban és számos más technológiai területen.
A kísérleti gyakorlatban a sav-bázis titrálások általában egy indikátoroldat a semlegesítéshez közeli pont vizuális azonosítására. Ezek az indikátorok egy adott pH-tartományon belül változtatják a színüket. A megfelelő indikátor kiválasztásához ismerni kell a az ekvivalenciapont pH-ja minden reakcióhoz, és válassza ki azt az indikátort, amelynek a fordulási tartománya megegyezik az adott értékkel.
A vizuális módszerek mellett jelenleg a következőket használják elektrokémiai módszerek a sav-bázis reakciók monitorozására, például a pH-mérők és specifikus elektródák. Ezek a módszerek lehetővé teszik a semlegesítési pont nagy pontosságú érzékelését, grafikusan ábrázolva a pH-változást a hozzáadott titrálószer térfogatának függvényében.
A sav-bázis egyensúlyok a biológiai és környezeti folyamatok megértéséhez is elengedhetetlenek: a a vér pH-értékének fenntartása pufferrendszereken keresztül a tápanyagok és szennyező anyagok viselkedéséig talaj és vízA savak és bázisok kémiáját közvetlenül alkalmazzák a tervezés során műtrágyák, a óceán savassága, valamint háztartási termékek, például mosószerek, vízkőoldók, vízkőeltávolítók és savlekötők előállításában.
Történelmileg a semlegesítések tanulmányozása segített a vegyészeknek megérteni, hogy a reakciók a következőkben zajlanak le: fix tömegarányokamely hozzájárult olyan alapvető törvények kidolgozásához, mint például határozott arányok törvényeNövényi indikátorok használata, mint például ibolya szirup Lehetővé tette a savak és bázisok definíciójában a körforgás megtörését, mivel független referenciát biztosított az anyagok viselkedésük szerinti osztályozására.
A sav-bázis reakciók típusai a reagensek erőssége szerint
A semlegesítési reakciókat aszerint osztályozhatjuk, hogy a sav és a bázis relatív erőssége amelyek részt vesznek. Ez az osztályozás hasznos a kapott oldat pH-értékének előrejelzésére és a titrálás során a legmegfelelőbb indikátor kiválasztására.
Gyenge sav és bázis reakciója
Egy reakcióban egy gyenge sav és a gyenge bázisSem a sav disszociál teljesen, hogy leadja az összes protonját, sem a bázis nem ionizálódik teljesen, hogy protonokat vegyen fel. Ilyen típusú rendszerben a báziskation és savas anion Szenvedhetnek hidrolízisVagyis részlegesen reagál a vízzel, módosítva a H+ ionegyensúlyt+ és OH-.
Ennek eredményeként a végső oldat pH-értéke a következőktől függ: savassági állandó (Ka) a sav és a bázicitási állandó (Kb) a bázis. Ha a sav gyengébb a bázisnál, a hidrolízis összhatása általában egy pH-érték nagyobb, mint 7Fordítva, ha a bázis gyengébb, mint a sav, a pH-érték alacsonyabb értékek felé halad. kevesebb, mint 7Ezek a köztes esetek az érintett egyenlegek részletes elemzését igénylik.
Erős bázis és gyenge sav reakciója
amikor egy erős alapot reagál egy gyenge savA bázis szinte teljesen disszociál, és dominálja az egyensúlyi viselkedést. Ilyen körülmények között elsősorban a gyenge sav anionja Hidrolízisen megy keresztül, olyan vegyületeket hozva létre, amelyek protonokat vesznek fel a közegből és növelik a pH-t.
Az ilyen típusú reakcióban a a kapott oldat pH-ja Általában értékekre van beállítva nagyobb, mint 7Ez azért van, mert a bázikus jelleg dominál az erős bázis relatív feleslege vagy hatása miatt. Ezért a gyenge sav erős bázissal történő titrálásához választott indikátornak színt kell váltania a bázikus pH-tartományban.
Reakció egy gyenge bázis és egy erős sav között
A reakcióban a következők között: erős sav és a gyenge bázisA helyzet fordított. A sav szinte teljesen disszociál, és nagyszámú protont bocsát ki a közegbe, míg a bázis csak részben ionizálódik. Ebben a környezetben a kation a gyenge bázisból Hidrolízisnek van kitéve, protonokat szabadíthat fel, vagy stabilizálhatja azokat a vegyületeket, amelyek savasabb környezetet tartanak fenn.
Ennek következtében a a végső oldat pH-ja Általában az értékek körül forog kevesebb, mint 7a savas jelleg egyértelmű dominanciájával. Az ilyen típusú titrálásokhoz olyan indikátorokat választunk, amelyek átmeneti tartománya a pH-skála savas zónájában van.
Az optimális indikátor kiválasztásához minden esetben elengedhetetlen a becslés az ekvivalenciapont pH-ja és hasonlítsa össze az indikátor átmeneti zónájával. Ez biztosítja, hogy a színváltozás egybeessen a tényleges semlegesítéssel, ami pontosabb analitikai értékeket eredményez.
A sav-bázis reakció történeti meghatározása
A kémia története során számos tudós javasolta Savak és bázisok definíciói hogy megmagyarázzák a viselkedésüket. Minden definíció a tudományos, műszaki és fogalmi fejlődés egy adott kontextusában született, és relevanciáját az méri, hogy képes-e leírni és előre jelezni a reakciókat, különösen a semlegesítési reakciókat, mind folyékony, mind gáznemű rendszerekben.
A kémia korai szakaszában a magyarázatok a következőkön alapultak: esszenciák vagyis a savasság, bázikusság és sótartalom megfoghatatlan „elvei”, amelyeket arisztotelészi elképzelések ihlettek. Úgy vélték, hogy az anyagnak nincsenek belső tulajdonságai, hanem ezek a tulajdonságok absztrakt elveknek köszönhetők, amelyek az anyagokkal kombinálódnak vagy elválasztják azokat. Ezeket az elveket nem lehetett izolálni, ami a savak és lúgok definíciójához vezetett. majdnem kör alakúEgy anyag savas volt, ha bázissal reagált, és fordítva, anélkül, hogy volt volna független referencia, amely megszakítaná ezt a ciklust.
A kísérletezés előrehaladtával a bevezetése növényi indikátorok Boyle és mások munkája lehetővé tette a színváltozások külső kritériumként való alkalmazását, függetlenül az osztályozandó anyagoktól. Ez a módszertani változás döntő lépést jelentett a savasság és bázikusság operatívabb definíciói felé, utat nyitva a később megfogalmazott kvantitatív és szerkezeti modelleknek.
Antoine Lavoisier meghatározása
Antoine Lavoisier egy olyan korban dolgozott, amikor a savakkal kapcsolatos ismeretek főként a következőkre összpontosultak: erős szervetlen savakés különösen a oxosavakamelyek központi atomja magas oxidációs állapotban van, és oxigénatomok veszik körül. Kísérlete sokkal inkább kénsavra, salétromsavra vagy foszforsavra támaszkodott, mint a hidrsavak, amelyek nem tartalmaznak oxigént.
Megfigyelései alapján Lavoisier azt javasolta, hogy a oxigén Ő volt "savképző„par excellence”. Ehhez a klasszikus görögből merített ihletet, és ezt a gondolatot belefoglalta az oxigén kémiai szavának etimológiájába is. Elmélete szerint a savasság Ezt az oxigén jelenléte magyarázta a molekulában, és a sav erőssége az elem összetételében való arányával volt összefüggésben.
Ennek a koncepciónak évtizedeken át óriási befolyása volt, mivel lehetővé tette számos ismert oxosav viselkedésének egyetlen kritérium alá sorolását. Az oxigénmentes savak, mint például a sósavAz oxigénvegyületek nem savak elmélete olyan ellentmondásokat tárt fel, amelyek fokozatosan leküzdhetetlenné váltak. Az elmélet közel [egy ideig] befolyásos maradt. 30 évkörül megjelent művekig és cikkekig 1810 Olyan ellentmondásokat mutattak, amelyek újragondolásukhoz vezettek.
Liebig meghatározása
Később Justus von Liebig vegyész, aki mélyen elmerült a kutatásban szerves kémia A szerves savak összetételében pedig egy olyan definíciót javasolt, amely leküzdötte az oxigénközpontú modell néhány korlátját. Liebig úgy vélte, hogy a sav egy olyan anyag volt, ami hidrogént tartalmazott és hogy ez a hidrogén lehet fémmel helyettesítve megfelelő reakció révén.
Ez a megfogalmazás kritériumokon alapul empirikus És számos anyag összehasonlító elemzése során a következőkre összpontosított: sók képzésének képességeA fémmel helyettesített hidrogént a savasság meghatározó összetevőjének tekintették. Fogalmi egyszerűsége ellenére Liebig definíciója rendkívül hasznos volt, és hosszú ideig érvényes maradt, hidat képezve a savas viselkedés és a... vegyületek szerkezete.
Ez a vízió különösen erőteljesnek bizonyult egy olyan időszakban, amikor az elméletek a Valencia és molekuláris szerkezetsegítve a savasság és a molekula specifikus hidrogénpozícióinak összekapcsolását, felelős a reakcióképességéért és az új vegyületek szintéziséért.
Arrhenius meghatározása
Az elmélet felemelkedésével elektrolitikus disszociáció Az oldatok elektromos vezetésével kapcsolatos tanulmányai alapján Svante Arrhenius a savak és bázisok olyan definícióját javasolta, amely modernizált és leegyszerűsített számos korábbi fogalmat, különös tekintettel a következőkre: ionok vizes oldatokban jelen vannak.
Arrhenius definíciója szerint egy sav Ez egy olyan anyag, amely vízben oldva, növeli a hidrogénionok (H+), míg egy bázis Ez egy olyan anyag, amely azonos körülmények között növeli a hidroxil ionok (OH) koncentrációját-)A sav-bázis reakciót ezután a H kombinációjaként értelmezték.+ és OH- alkotnak víz, tól savak és bázisok disszociációja vizes oldatban.
Ez a definíció világos értelmezést vezetett be arra vonatkozóan, hogy a savas és lúgos oldatok miért vezetik az elektromosságot: a szabad ionok jelenléte magyarázta a kísérletileg megfigyelt áramokat. Továbbá lehetővé tette az összefüggést a ... és ... között. sav vagy bázis erőssége a vízben való disszociációjának mértékével, ami mennyiségi alapot biztosít a vegyületek összehasonlítására.
Az Arrhenius-keretrendszernek azonban jelentős korlátai vannak. Ezek közé tartozik, hogy a következőkre korlátozódik: vizes közeg és H explicit jelenlétét igényli+ és OH-Ez megnehezíti a definíció alkalmazását a reakciók vízen kívüli oldószerekben vagy olyan sav-bázis folyamatok, amelyek nem vonják be közvetlenül ezeket az ionokat, ami motiválta az általánosabb modellek kidolgozását.
Brønsted-Lowry definíció
A Brønsted-Lowry modell minőségi ugrást jelentett a sav-bázis reakciók megértésében azáltal, hogy a következőkre összpontosított: protonátadásTöbb vegyész külön-külön is hasonló következtetésekre jutott: ebben a megközelítésben egy sav Ez egy olyan anyag, amely képes protonokat ad le (H+), míg egy bázis az, ami képes rá fogadja el őket.
A sav-bázis reakciót olyan folyamatként írják le, amelyben egy sav lead egy protont, hogy a megfelelőjévé váljon. konjugált bázis, míg a bázis elfogadja a protont és átalakul a sajátjává konjugált savPéldául, amikor a sósav protont ad le a víznek, a Cl₂ konjugált bázis keletkezik.- és a hidroniumion H3O+ami viszont a bázisvíz konjugált savaként működik.
Ez a megközelítés számos előnnyel jár Arrhenius definíciójával szemben. Először is, nem korlátozódik vizes közegekre, hanem alkalmazható a következőkre is: egyéb oldószerek és még gázfázisú reakciókMásodszor, lehetővé teszi számunkra olyan sav-bázis reakciók leírását, amelyekben nem feltétlenül képződik víz, és amelyekben a protonok közvetlenül az egyik anyagról a másikra jutnak át.
A Brønsted-Lowry definíció fontos fogalmi változást vezet be azzal, hogy a savasságot és a bázikusságot különállónak tekinti. relatív tulajdonságokegy adott sav és bázis, valamint azok konjugált fajtái közötti egyensúlytól függ. Így beszélhetünk erősségi sorozat savak és bázisok, valamint az egyensúlyok helyzete, amelyekben a pozíció a protonhoz való relatív affinitástól függ.
Lewis meghatározása
Gilbert N. Lewis megfogalmazta a savak és bázisok egyik legáltalánosabb definícióját, a savak viselkedése alapján. elektronok kémiai reakciókban. Modelljében egy Lewis bázisa Ez egy olyan faj, ami képes rá elektronpárt adományozmíg a Lewis-sav Ez egy olyan faj, ami képes rá fogadja el azt az elektronpárt.
Ez a készítmény nem igényel protonok vagy specifikus oldószerek jelenlétét. A fémionok a következőkkel: üres pályákPéldául Lewis-savként viselkedhetnek, míg a molekulák a következőkkel rendelkeznek: magányos elektronpárok (például ammónia, víz vagy halogenidek) Lewis-bázisként viselkednek. Amikor a reakció végbemegy, egy koordinált kovalens kötés a bázis által adományozott elektronpár megosztásával.
Ez a perspektíva jelentősen kibővíti a sav-bázis kémia területét, magába foglalva koordinációs reakciókA nemvizes rendszerekben lejátszódó folyamatok és számos szerves és szervetlen átalakulás nem illeszkedik jól az Arrhenius vagy a Brønsted-Lowry modellekbe. Lewis szemszögéből a víz jól ismert képződése a következők kombinációjaként értelmezhető: Lewis-sav (a proton) egy Lewis bázisa (az oxigén elektronpárja a vízmolekulában).
Lewis elmélete integrálja és általánosítja a Brønsted-Lowry-elmélet és a fogalom számos aspektusát oldószerrendszer, közös nyelvet kínálva azoknak a reakcióknak a leírására, amelyekben protonok helyett elektronok cserélődnek, és amelyek nem feltétlenül járnak klasszikus sók képződésével.
Pearson-definíció (kemény-lágy sav-bázis)
Az elmélet a kemény és lágy savak és bázisok (ABDB) javaslatot tett a reakciók trendjeinek jobb magyarázatára és előrejelzésére metatézis és koordinációs folyamatok, különösen a szervetlen kémiában. Ralph Pearson a savak és bázisok „keménységük” vagy „lágyságuk” szerinti osztályozását javasolta, amelyek olyan tulajdonságokra vonatkoznak, mint a faj mérete, su oxidációs állapot és polarizálhatóság.
Ebben az összefüggésben úgy tekintendő, hogy „puha"viszonylag nagy fajokra, alacsony oxidációs állapotok y erősen polarizálható. Vannak "kemény"kis faj, magas oxidációs állapotok és alacsony polarizálhatóság. Ezen elmélet alapvető empirikus szabálya szerint A kemény savak hajlamosak a kemény bázisokkal társulni, miközben lágy savak vonzalmat mutatni puha talpak.
Ez a megközelítés nagyon hasznos a koordinációs kémia, a tervezés során katalizátorok és a termékek előrejelzésében olyan reakciókban, ahol több kombináció is lehetséges. Például lehetővé teszi számunkra, hogy megjósoljuk, mely ligandumok kötődnek a legerősebben egy adott fémkationhoz, vagy mely kombinációk lesznek a legstabilabbak ipari vagy környezeti folyamatok kontextusában.
Bár elsősorban megfontolásokon alapul minőségiPearson elmélete nagyon értékes keretet kínál a trendek értelmezéséhez reakcióképesség, szelektivitás y komplexek stabilitásaKiterjesztették az energikus és robbanásveszélyes anyagok viselkedésének értékelésére is, amelyekben a kemény-lágy sav-bázis kölcsönhatások befolyásolhatják azok érzékenységét és teljesítményét.
Usanovich meghatározása
Mihail Usanovics a savak és bázisok rendkívül általános definícióját javasolta, amely a kémiai reakciók nagyon széles skáláját ölelte fel. Koncepciója szerint a sav bármely olyan anyag, amely képes negatív fajok elfogadása (például anionok vagy elektronok) vagy pozitív fajok adományozása (kationokként), míg a bázis Bármely anyag, amely az ellenkezőjét teszi: pozitív fajokat fogad el o negatív fajok adományozása.
Ez a készítmény annyira tágkörű, hogy nemcsak a hagyományos sav-bázis reakciókat foglalja magában, hanem számos folyamatot is. oxidáció-redukció (redox)A gyakorlatban az Usanovich-féle értelemben vett sav-bázis reakció átfedésben van a redoxireakcióval, így a kettő közötti határvonal nagyon elmosódik. Ez az egyértelmű megkülönböztetés hiánya az egyik oka annak, hogy a definíciója nem terjedt el széles körben az alapfokú oktatásban, annak ellenére, hogy jelentős fogalmi értékkel bír.
Míg számos sav-bázis elmélet a következőkre összpontosít: kötések kialakulása és felbomlása kovalens vagy koordinatív, Usanovich definíciója, néhány redox megközelítéshez hasonlóan, a következőket hangsúlyozza: terhek fizikai áthelyezése (ionok vagy elektronok). Ez a nézőpont hasznos az elméleti kémia bizonyos területein, de kevésbé praktikus, amikor egy egyszerű, általános használatra szánt operatív osztályozást keresünk.
A Lux-Flood meghatározása
Bizonyos kontextusokban, mint például a geokémia és olvadt sók elektrokémiájaA Lux-Flood definíciót a sav-bázis viselkedés leírására használják víz és szabad protonok hiányában. Ezt az elméletet Hermann Lux javasolta, majd Håkon Flood fejlesztette tovább és tette népszerűvé, aminek eredményeként egy különösen fontos modell jött létre ionos rendszerekben magas hőmérsékleten.
E definíció szerint egy bázis egy oxid anion donor (O2-)míg a sav egy oxid anion akceptorAz ebben a megközelítésben vizsgált reakciókban az ionos fajok közötti oxidanionok cseréje kulcsfontosságú a folyamatok irányának és a jelenlévő fázisok stabilitásának megértéséhez.
A Lux-Flood definíciója különösen hasznos a reakciók értelmezéséhez oxid olvad, a ásványképződés a Föld kérgében és a fémmegmunkálás elektrolízissel olvadt sókban. Bár nagyon speciálisnak tűnhet, rávilágít arra, hogyan adaptálható a savasság és a bázikusság fogalma olyan környezetekre, ahol a víz szerepe irreleváns vagy nem létezik.
Az oldószerrendszer meghatározása
A modell oldószerrendszer Ez az Arrhenius-definíció általánosítását jelenti a víztől eltérő közegekre. Ez a megközelítés feltételezi, hogy sok oldószer tartalmaz vegyületeket. szollónium-kationok y szollónium-anionok, egyensúlyban az oldószer semleges molekuláival.
Az oldószerrendszerben a következőképpen definiálható sav oldott anyaghoz, amely egy a szolvonium-kationok koncentrációjának növekedése vagy szolvonium-anionok csökkenéseTovábbá, egy bázis Ez egy oldott anyag, amely egy szolvonium-anionok számának növekedése vagy szolvonium-kationok csökkenéseEgy anyag savas vagy bázikus viselkedése tehát nemcsak a természetétől függ, hanem attól is, hogy beton oldószer ahol található.
Ez a modell megmagyarázza, miért nyilvánulhat meg ugyanaz az anyag különböző viselkedések A közegtől függően savként viselkedhet az egyik oldószerben, és bázisként egy másikban. Továbbá lehetővé teszi a sav-bázis reakciók tanulmányozását olyan rendszerekben, ahol nincs jelen víz, például poláris szerves oldószerekben vagy speciális ionos közegekben.
Az oldószerrendszer definíciója rávilágított a figyelembevétel fontosságára kémiai környezet és nem csak az oldott anyagok belső szerkezete, amely kulcsfontosságúnak bizonyult a modern kémia új szintetikus és analitikai módszereinek fejlesztésében.
Megdöbbentő látni, hogy a történelem során a legkülönbözőbb korok és kontextusok vegyészei hogyan javasoltak különféle definíciók ugyanarra a jelenségre. Ezek az elméletek távol állnak attól, hogy ellentmondásosak legyenek, általában kiegészítőMindegyik egy adott alkalmazási területhez alkalmazkodott. Együttesen lehetővé tették egy sokkal teljesebb kép kialakítását arról, hogy mik is a savak és bázisok, hogyan kapcsolódnak az anyag szerkezetéhez, és hogyan szabályozzák a természetben és az emberi technológiában zajló számos alapvető reakciót.