Säure-Basen Arrhenius, Bronsted-Lowry-Theorien, Lewis

Grafik, das die drei Haupttheorien von Säuren und Basen bezieht. Quelle: TEM5PSU, CC BY-SA 3.0, über Wikimedia Commons

Was sind Säure- und Basistheorien?

Säure- und Basistheorien sind eine Reihe konzeptioneller Beiträge, die Säuren und Basen definieren und differenzieren, zwei Konglomerate von immensen Relevanzsubstanzen in den Feldern der Chemie.

Seine Wurzeln stammen aus den ersten Charakterisierungen von Robert Boyle im Jahr 1661, der Säuren wie saure und ätzende Substanzen definierte, die die Farbe des blauen zu roten Frühlingspapiers verändern. Und die Basen wie Soapy -Substanzen, die im Gegensatz zu Säuren die Farbe des roten bis blauen Schienbeinpapiers verändern.

Antoine Lavoizier schlug vor, dass alle Säuren Sauerstoffatome wie H enthalten₂SW₄ und hno₃. Jahrhunderte später im Jahr 1811 stellte Humphry Davy fest, dass viele Säuren tatsächlich keine Sauerstoffatome wie HCl, HF, HBR usw. besitzen.

Und kurz vor dem Auftreten der berühmten Säure-Base-Triade (überlegenes Bild) schlug Justig Liebig vor, dass Säuren Wasserstoffatome aufweisen können, die durch Metallkationen ersetzt werden können.

Dieses empirische Wissen diente als Inspiration für die aktuellen Theorien von Säuren und Basen: Arrhenius, Bronsted-Lowry und Lewis. Wie in der Grafik zu sehen ist, ist Arrhenius 'Theorie die restriktivste oder begrenzte von allen, während Lewis der allgemeinste und globalisierte ist.

Arrhenius -Theorie

Vorgeschlagen von Svante Arrhenius von 1884, sagt seine Theorie, dass Säuren beim Auflösen in Wasser Ionen erzeugen H₃ENTWEDER⁺ oder h⁺; Während die Basen beim Auflösen in Wasser OH -Ionen produzieren oder freisetzen^-.

Die Ionen h₃ENTWEDER⁺ und oh^- Sie kombinieren in einer reversiblen Reaktion, die Wassermoleküle hervorruft:

H₃ENTWEDER⁺  +  Oh^-   ⇌ 2H₂ENTWEDER

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Eine Arrhenius -Säure ist also auch diejenige, die die Konzentration von H -Ionen erhöht₃ENTWEDER⁺, Während eine Arrhenius -Basis eine ist, die die Ionenkonzentration OH erhöht^-.

Dies bedeutet, dass eine Arrhenius -Säure nicht unbedingt Hionen enthalten sollte₃ENTWEDER⁺, Und eine Arrhenius -Basis muss keine OH -Ionen haben^- In seiner Struktur.

Beispiel und Einschränkungen

Betrachten Sie die folgenden Dissoziationen:

HCl (AC) → H⁺(Ac) +cl^-(Ac)

NaOH (AC) → Na⁺(Ac) +oh^-(Ac)

HCL ist eine Arrhenius -Säure, denn wenn sie in Wasser gelöst ist, erzeugt es H -Ionen⁺, oder genauer gesagt, h Ionen₃ENTWEDER⁺. Und andererseits ist Naoh eine Arrhenius -Basis, denn wenn es in Wasser gelöst ist, freisetzt sich OH -Ionen^-. Diese Substanzen reagieren aufeinander, um Salz und Wasser zu erzeugen:

HCl (AC) + NaOH (AC) → NaCl (AC) + H₂ENTWEDER

Das Problem mit der Arrhenius -Theorie liegt in der Tatsache, dass es nur auf wässrige Lösungen beschränkt ist und daher nur für Substanzen gilt, die in Wasser löslich sind. Zum Beispiel ist das MGO im Wasser sehr unlöslich und dennoch ein Basisoxid.

Es ist auch nicht in der Lage, selbst zu erklären, wie Substanzen wie NH₃ und Cao produzieren OH -Ionen^- in Wasser aufgelöst, auch wenn sie keine Ionen haben oh^- In seiner molekularen oder kristallinen Struktur (wie bei NaOH oder KOH).

Und er erklärt nicht, wie der CO₂ Kann Ionen h freigeben H₃ENTWEDER⁺ In Wasser ohne Wasserstoffatom in seiner molekularen Struktur (wie bei HCl oder H der Fall₂SW₄).

Brönsted-Lowry-Theorie

Vorschlag einzeln im Jahr 1923 von Johannes Bronsted und Thomas Lewry, ihre Theorie von Säuren und Basen besagt, dass eine Säure all diese Substanz ist, die Ionen spenden kann⁺, und dass eine Basis stattdessen eine Substanz ist, die diese h akzeptieren kann⁺. Diese Theorie ist allgemeiner als die von Arrhenius und deckt einige ihrer Grenzen ab.

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Beispiel

Betrachten Sie die Neutralisationsgleichung zwischen H erneut₃ENTWEDER⁺ Und ein OH^- Zwei Wassermoleküle produzieren:

Beispiel für die Säure -Neutralisierung und Wasserbasis. Quelle: Gabriel Bolívar.

Beachten Sie, dass h₃ENTWEDER⁺ A h⁺ was sofort mit dem OH verknüpft oder koordiniert wird^- richtig richtig. Wenn H⁺ Es endet mit einem der elektronenfreien Paare der OH^-, Zwei neutrale Wassermoleküle bleiben als Produkte bestehen.

Die h₃ENTWEDER⁺ Daher handelt es sich um eine BRNsted-Lowry-Säure, um das H zu spenden⁺, Und der OH^- Es ist eine Basis von BRNsted-Lowry, um dies zu akzeptieren⁺.

Ein weiteres Beispiel für eine Säure-Base-Reaktion ist wie folgt:

NH₃(g) + hcl (g) → nh₄Cl (s)

Diese Reaktion konnte laut Arrhenius nicht als Säure-Base-Typ angesehen werden. Der NH₃ Es ist eine Basis von BRNsted, weil es die HCl H akzeptiert, indem ein paar Elektronen am Stickstoffatom gespendet werden. Und die logische HCL wird zur Brnsted -Säure.

Somit ist das MGO eine Basis mit BRNsted, weil es h akzeptieren kann⁺ von Säuren, um sich in MG zu verwandeln (OH)₂.

Lewis -Theorie

Die Theorie von Bronsted-Lowry erklärt ein breites Spektrum von Säure-Base-Reaktionen. Ignorieren Sie jedoch diese Reaktionen, bei denen Hionen⁺ und oh^- Sie sind überhaupt nicht involviert sowie eine stärkere Beteiligung freier Elektronen an molekularen Mechanismen.

So 1923 g. N. Lewis schlug eine Säure-Base-Theorie vor, in der lautst: eine Säure ist jede Substanz, die in der Lage ist, Paare von Elektronen zu akzeptieren, während eine Base eine ist, die diese Elektronenpaare spendet.

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Zum Beispiel Ion H⁺ Es ist eine Lewis -Säure, weil sie Elektronenpaare von Arten in der Nähe akzeptiert: von h₂Oder HIR HERSTELLEN H₃ENTWEDER⁺, von NH₃ NH zu studieren₄⁺, usw.

Beispiel und Vorteile

Betrachten Sie ein anderes Beispiel in der folgenden Reaktion:

Beispiel für die Neutralisation zwischen einer Säure und einer Lewis -Base. Quelle: Gabriel Bolívar.

Der NH₃ Ein Paar Elektronen (blau) des Stickstoffatoms zum BF Bor -Atom erledigt₃. Daher das NH₃ Es ist die Basis von Lewis, weil es das Elektronenpaar spendet, und das BF₃ Es ist Lewis 'Säure, weil er sie akzeptiert.

Im Allgemeinen sind Kationen und schlechte Elektronenspezies Lewis -Säuren, während Anionen und Elektronenspezies Lewis -Basen sind.

Die angebotenen Vorteile.

Zum Beispiel: h₂O Es hat freie Elektronen im Sauerstoff. Wenn Sie einen von ihnen für ein Ion h spenden⁺, wird als Lewis -Basis fungieren, der h ist⁺ Folglich Lewis -Säure.

Laut Bronsted-Lowry, h₂Oder ich würde als Basis fungieren⁺ Durch Spenden einiger ihrer kostenlosen Elektronen. Und schließlich h₂Oder es ist auch eine Basis nach Arrhenius 'Theorie, weil die Konzentration von H -Ionen abnimmt⁺ in der wässrigen Umgebung und folglich die Konzentration von OH -Ionen erhöht^-.

Verweise

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