mik azok a savak és bázisok?

bár már mondtam, hogy a savakat és bázisokat nem nehéz megérteni, rossz hírem van: nem egy, hanem három közös definíció van a savak és bázisok leírására: Arrhenius savak és bázisok, Brnsted-Lowry savak és bázisok, valamint Lewis savak és bázisok. Bár ez úgy hangzik, mintha meg kell tanulni a savak és bázisok háromszor, a jó hír az, hogy számos gyakorlati célra, ez a három meghatározás nagyjából egyenértékű.

Arrhenius savak és bázisok

az 1800-as évek végén régi barátunk, Svante Arrhenius a savak és bázisok meghatározásával állt elő, miközben kinetikai problémákon dolgozott.

Arrhenius szerint a savak olyan vegyületek, amelyek vízben felbomlanak, hogy hidrónium (H+) ionokat bocsátanak ki. Az Arrhenius-sav gyakori példája a sósav (HCl):

• HCl ? H + + Cl-

a savak képletei általában hidrogénnel kezdődnek, bár a szerves savak figyelemre méltó kivétel. A nevek, képletek valami közös a savak az alábbi táblázat mutatja:

Arrhenius bázisok meghatározott vegyület okozza a kialakulását a-hidroxid-ion, mikor kerül a vizet. Az Arrhenius-bázis egyik példája a nátrium-hidroxid (NaOH):

• NaOH ? Na + + OH –

bázisok jellemzően ” OH ” a képletek, bár vannak kivételek. Például az ammónia (NH3) nem tartalmaz hidroxidionokat, hanem akkor képezi őket, amikor vízzel reagál:

• NH3 + H2O ? NH4 + + OH –

egyes közös bázisok nevei és képletei a következő táblázatban találhatók:

Egy-oxidok formájában savak vagy bázisok, amikor a víz egészül ki. Mivel ezek a vegyületek nem tartalmaznak H+ vagy OH – ionokat, hacsak nem reagálnak vízzel, “anhidrideknek” nevezik őket.”A nemfémek oxidjai jellemzően savas anhidridek (vízben való elhelyezésükkor savat képeznek), a fémek oxidjai pedig bázisanhidridek (vízben való elhelyezéskor bázist képeznek).

Brnsted-Lowry savak és bázisok

az 1900-as évek elején Johannes Brnsted és Thomas Lowry egy alternatív meghatározást javasolt savakra és bázisokra, hogy az ammónia semlegesítse a HCl savasságát akkor is, ha nincs víz. Ez a jelenség megmutatta nekik, hogy az ammónia alap, még akkor is, ha nincs víz körül, hogy hidroxidionokat képezzen.

a Brnsted-Lowry sav olyan vegyület, amely hidroniumionokat ad egy másik vegyületnek?például a sósav H + ionokat ad azoknak a vegyületeknek, amelyekkel reagál. Brnsted-Lowry bázisok olyan vegyületek, amelyek elfogadják a hidrónium-ionokat?amikor az ammónia hidrónium-iont kap a HCl-ből, az ammónium-iont képez.

a következő egyenlet egy Brnsted-Lowry sav reakcióját jelenti Brnsted-Lowry bázissal:

• HNO3 + NH3 ? NO3 – + NH4 +

ebben a reakcióban a salétromsav savként viselkedik, mert protont ad az ammóniának. Az ammónia bázisként viselkedik, mert elfogadja a protont a salétromsavból.

azonban, ha megnézzük az egyenlet másik oldalát, megtaláljuk a nitrát-és ammóniumionokat. Mivel a nitrát ion képes elfogadni protonok az ammónium-ion (alkotnak HNO3), a nitrát ion egy nagyon gyenge Brnsted-Lowry bázis. Mivel az ammóniumionnak van egy extra protonja (ebben az esetben a nitrátionnak), ez egy Brnsted-Lowry sav.

a nitrátion a salétromsav molekulán alapul, tehát azt mondjuk, hogy ez a salétromsav konjugált bázisa. Hasonlóképpen, az ammónium-ion az ammónia konjugált savja. A konjugált bázissal (például HNO3 és NO3-) vagy konjugált savval (például NH3 és NH4+) rendelkező savat együttesen konjugált sav-bázis párnak nevezzük.

Lewis savak és bázisok

a savak és bázisok Brnsted-Lowry definíciójában a bázist olyan vegyületként definiálják, amely képes elfogadni egy protont. Hogyan fogadja el azonban a protont?

az egyik jellemzője, hogy a Brnsted-Lowry bázisok közösek egymással, az, hogy nem osztott elektronpárjuk van. Amikor egy hidrónium-ion vándorol a molekula mellett, néha a magányos Párok kinyúlnak és megragadják. Erre példa az, amikor az ammónia savas oldatban Elfogad egy protont:

23.1. ábra az ammónia egyetlen elektronpárjával a salétromsavból származó protont képes megragadni.

ennek a folyamatnak az egyik módja az, hogy az ammónia atom magányos párját a protonnak adományozza. Mivel a magányos Párok vezetik ezt a kémiai reakciót, új definíciónk van a savasságra és a bázikusságra, az úgynevezett “Lewis savasság/bázikusság.”A Lewis-bázis olyan vegyület, amely egy elektronpárt adományoz egy másik vegyületnek (példánkban az ammónia). A Lewis-sav olyan vegyület, amely elfogadja az elektronpárt (példánkban a H+ ion).

bár a példánkban egy magányos párnak egy protont adományoztunk, az ammónia magányos párja sok más vegyülettel is reagálhat. Az ammónia például a következő eljárással adományozhatja magányos elektronpárját a BH3-nak:

23.2 ábra az ammónia magányos párja a BH3-hoz kapcsolódik.

ebben a folyamatban az ammónia a Lewis-bázis, a BH3 pedig a Lewis-sav.

általában a savak és bázisok Lewis-definíciója a leghasznosabb, mert a három meghatározás közül a legintenzívebb. Például, a sav Brnsted-Lowry definíciója magában foglalja a HF-t, de nem a BH3-t, amely nem veszíti el a protont, ha a magányos Párok Lewis bázison kapcsolódnak.