GLOBAL KNOWLEDGE ARK

Chemija · Pamoka

Arrheniuso, Brenstedo–Laurio ir Luiso rūgščių ir bazių modeliai

Naudoti sąveikai tinkamą rūgščių ir bazių modelį. Nustatyti protonų perdavimo konjuguotąsias poras ir elektronų poros donoro bei akceptoriaus vaidmenis, nedarant prielaidos, kad visų rūgščių ar bazių formulė yra vienoda.

Grįžti į chemijos planą

Baigę pamoką, galėsite

  • Atskirti Arrheniuso aprašymą, taikomą vandeniniams tirpalams, protonų perdavimo aprašymą ir Luiso aprašymą.
  • Nustatyti konjuguotąsias poras išlygintoje reakcijos lygtyje.
  • Priskirti rūgšties ar bazės vaidmenį konkretaus sąveikos partnerio atžvilgiu.
01

Arrheniuso aprašymas taikomas vandeniniams tirpalams

Arrheniuso rūgštis didina vandenilio jonų koncentraciją vandenyje, o Arrheniuso bazė didina hidroksido jonų koncentraciją. H⁺ vandeniniame tirpale yra sutrumpintas solvatuotų vandenilio jonų žymėjimas; H₃O⁺ aiškiai parodo paprasčiausią hidratacijos vaizdavimą. Tai nereiškia, kad tirpale juda nesolvatuoti, izoliuoti protonai.

Šis pagal poveikį apibrėžtas vandeninių tirpalų aprašymas yra naudingas, tačiau jo taikymo sritis ribota. Amoniako reakcija su vandeniu gali padidinti hidroksido jonų koncentraciją, nors NH₃ neturi OH grupės. Vien formulės požymių tikrinimas suteikia mažiau informacijos nei tikroji sąveika ir terpė.

02

Nustatyti donorą ir akceptorių konkrečioje reakcijoje

Brenstedo–Laurio rūgštis atiduoda protoną, o bazė jį priima. Reakcijoje NH₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq), vykstančioje tiesiogine kryptimi, amoniakas priima protoną, o vanduo jį atiduoda. Kiekvienoje lygties pusėje yra po vieną N, vieną O ir penkis H atomus, o bendrasis krūvis lygus nuliui.

NH₄⁺/NH₃ yra viena konjuguotoji rūgšties ir bazės pora, o H₂O/OH⁻ – kita. Kiekvienos poros nariai skiriasi vienu protonu ir vienu krūvio vienetu. Vykstant atvirkštinei reakcijai, reaguojančios konjuguotosios dalelės apsikeičia protono donoro ir akceptoriaus vaidmenimis.

Nustatykite vaidmenis ir konjuguotąsias poras nurodytoje sąveikoje
SąveikaRūgšties vaidmuoBazės vaidmuoBalanso patikra
NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH⁻H₂O atiduoda H⁺NH₃ priima H⁺N₁O₁H₅ ir bendrasis krūvis 0 abiejose pusėse
Konjuguotosios porosNH₄⁺ / NH₃H₂O / OH⁻Kiekvienos poros nariai skiriasi H₁ ir vienu krūvio vienetu
BF₃ + NH₃ → F₃B←NH₃BF₃ priima elektronų porąNH₃ suteikia elektronų porąB₁F₃N₁H₃ ir bendrasis krūvis 0; protonas neperduodamas

Subalansuotas protono perdavimo modelis NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ ir atskiras paprastas BF₃/NH₃ Luiso adukto atvaizdavimas. Vaidmenys taikomi parodytoms sąveikoms tiesiogine kryptimi; nei geometrija, nei pusiausvyros konstanta nėra numanoma.

03

Dalelės vaidmuo priklauso nuo reakcijos partnerio

Vanduo yra amfiprotoninis: vienam reakcijos partneriui jis gali atiduoti protoną, o iš kito – jį prisijungti. Dalelė, kuri vienoje sąveikoje veikia kaip bazė, kitomis tinkamomis sąlygomis gali atiduoti protoną pakankamai stipriai bazei.

Priskirdami vaidmenis ar lygindami pusiausvyras, nurodykite reakciją ir tirpiklį. Šiame modelyje medžiagos vadinimas rūgštimi nusako protono atidavimą; savaime tai nėra nei pH matavimo rezultatas, nei koncentracijos apibūdinimas, nei teiginys, kad protono perdavimas yra visiškas.

04

Elektronų poros sąveika nebūtinai perduoda protoną

Susidarant aduktui, Luiso rūgštis priima elektronų porą, o Luiso bazė ją suteikia. Paprastoje schemoje BF₃ + NH₃ ⇌ F₃B←NH₃ amoniakas suteikia savo nesidalijamąją elektronų porą ją priimančiai boro atomo orbitalei. Atomų skaičius ir bendras nulinis krūvis išlieka tokie patys, o protonas neperduodamas.

Elektronų poros kilmę rodanti rodyklė apibūdina ryšio susidarymą; ji nežymi fiziškai atskiriamų elektronų po ryšio susidarymo. Elektronų poros suteikimas ryšiui susidaryti taip pat skiriasi nuo vieno elektrono perdavimo priskyrimo oksidacijos ir redukcijos reakcijai. Luiso rūgštis nebūtinai turi vandenilio ar yra teigiamasis jonas.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Raskite konjuguotąsias poras

Reakcijoje NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ nustatykite tiesioginės reakcijos rūgštį ir bazę bei abi konjuguotąsias poras.

  1. NH₃ prisijungia H⁺ ir virsta NH₄⁺, todėl NH₃ yra tiesioginės reakcijos bazė.
  2. H₂O atiduoda H⁺ ir virsta OH⁻, todėl H₂O yra tiesioginės reakcijos rūgštis.
  3. Suporuokite NH₄⁺ su NH₃, o H₂O – su OH⁻.
  4. Patikrinkite, ar kiekvienos poros nariai skiriasi vienu H ir vienu krūvio vienetu.

Tiesioginės reakcijos rūgštis – H₂O; bazė – NH₃. Konjuguotosios poros – NH₄⁺/NH₃ ir H₂O/OH⁻.

Pabandykite patys

  1. Koks yra vandens vaidmuo nurodytoje amoniako ir vandens reakcijoje, vykstančioje tiesiogine kryptimi?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Protono donoras, arba Brenstedo–Laurio rūgštis.

    Atidavęs H⁺, jis virsta OH⁻.

  2. Kuo skiriasi Brenstedo konjuguotosios poros nariai?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Vienu protonu ir vienu krūvio vienetu.

    Prijungus H⁺, ir vandenilio atomų skaičius, ir krūvis pakinta dydžiu +1.

  3. Ar kiekviena Luiso rūgštis privalo turėti vandenilio?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Ne.

    BF₃ gali prisijungti elektronų porą neperduodamas protono.

  4. Ar H⁺ vandeniniame tirpale reiškia izoliuotą, nesolvatuotą protoną, laisvai judantį vandenyje?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Ne.

    Tai sutartinis solvatuotų vandenilio jonų žymėjimas; H₃O⁺ yra paprastas, aiškiai išreikštas jų atvaizdavimas.

Ką verta įsidėmėti

  • Rūgščių ir bazių aprašymą parinkite pagal sąveiką ir terpę.
  • Protono perdavimo lygtyse patikrinkite atomų skaičių ir krūvį.
  • Konjuguotąsias poras nustatykite pagal vieno protono skirtumą.
  • Elektronų poros suteikimą pagal Luiso modelį skirkite nuo teiginio apie protono perdavimą ar oksidacijos–redukcijos reakciją.

Šaltiniai

Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.

  1. OpenStax, Rice University2 šaltiniai
    1. Chemija, 2-asis leidimas: 14.1 Brenstedo–Laurio rūgštys ir bazėsOpenStax, Rice UniversityŽinynasopenstax.orgSkaityti šaltinį
    2. Chemija, 2-asis leidimas: 15.2 Luiso rūgštys ir bazėsOpenStax, Rice UniversityŽinynasopenstax.orgSkaityti šaltinį
  2. IUPAC auksinė knyga: Brenstedo rūgšties ir Luiso rūgšties bei bazės apibrėžtysIUPACŽinynasgoldbook.iupac.orgSkaityti šaltinį