Қышқылдар мен негіздер теориялары

Қышқылдар мен негіздер теориялары

С. Аррениустың электролиттік диссоциация теориясы заттардың судағы ерітіндісіндегі күйін, иондарға ыдырауын қарастырады. Бұл теория қышқылдар мен негіздерге деген қазіргі заманғы көзқарастың негізі болды.

Қышқыл мен негіздің әрекеттесуі сулы ортада мына сұлбамен өтеді:

Қышқыл + негіз = тұз + су

Н_хR + Ме(ОН)_х= МеR+хН₂О

Н+ + ОН-= Н2О

Ал, сулы ортадан басқа ортада осыған ұқсатып, реакция сұлбасын былай жазамыз:

Қышқыл + негіз = тұз + еріткіш

Мысалы, аммоний хлориді мен калий амиді әрекеттесуі кезінде мына реакция жүреді:

NH₄CI + KNH₂ = KCI +2NH₃

_{қышқыл негіз тұз еріткіш}

Қышқылдардың сутектік концепциясын (бір-бірімен байланыссыз өмірге әкелген 1923 жылы Бренстед (Дания) және Лоури (Англия)) протондық теория бекіте түсті.

Бұл теория бойынша:реакцияларда қышқылдар протондарды беретін болса, ал протондарды қосатын заттарды негіздер деп атады. Қышқыл мен негіздің әрекеттесуін мына сұлбамен көрсетуге болады:

АН + В ↔АН ......В↔ А^- + НВ⁺

Реакция жүру үшін аралық сатыда қышқыл құрамындағы сутек пен негіздің арасында сутектік байланыс орнайды десек, негіз – электрон жұптарының доноры, ал қышқыл – электрон жұптарының акцепторы болып табылады (осы түсінікті А.И. Шатенштейн ұсынған еді)

Н ₂О+Н₂О=(Н –О ......Н – О) = Н₃О ⁺ + ОН^- (1)

_{негіз қышқыл} Н Н _{қышқыл негіз}

Н₃О⁺+ОН^-=2Н₂О (2)

_{қышқыл негіз екідайлы зат}

Н₂SO₄ +H₂O=H₃O⁺+HSO₄^- (3)

_{қышқыл (1) негіз (2) қышқыл (2) негіз (1)}

NH₄ ⁺+ H₂O = NH₃ + H₃O⁺ (4)

_{қышқыл (1) негіз (2) негіз (1) қышқыл (2)}

(3,4) – реакциялар судың екідайлы қасиетін дәлелдейді.

NH₃+NH₃↔(H₃N---HNH₂)↔ NH₄⁺ + NH₂^- (5)

_{негіз (1) қышқыл (1) қышқыл (2) негіз (2)}

NH₂^-+H₂O↔NH₃+OH^- (6)

_{негіз (1) қышқыл (2) қышқыл (1) негіз (2)}

NH₄⁺+NH₂^-→2NH₃ (7)

_{қышқыл негіз екідайлы зат}

Келтірілген мысалдарда протон бір бөлшектен екіншісіне өтіп, бірі солваттанған оң зарядты ионға, екіншісі-теріс ионға айналады. Оң зарядты мына типтес иондарды H₃O⁺,NH₄ ⁺лионий (гидроксоний) , ал OH^- -NH₂ - HSO₄^- осы типтесиондарды лиат-иондар деп атайды.

Бренстед-Лоури теориясы бойынша бөлшектердің қышқылдық-негіздік қасиеттері протонды қосу немесе беру қабілеттерін салыстыру арқылы анықталады. Бөлшек неғұрлым протонды оңай берсе, оның қышқылдық қасиеті басым болады, ал оны толықтырушы бөлшектің протонды қосу мүмкіндігі аз болады, мысалы НСІ, Н₂SO₄- күшті қышқылдар, олардан протон оңай бөлінеді, ал қышқыл қалдықтары СІ^-,НSO₄^2- протонды нашар қосады, сондықтан олар әлсіз негіздерге жатады.

H₃O⁺ -Н₂SO₄ - NH₄ ⁺ - H₂O

Қышқылдық қасиет артады

H ₂O - Н₂SO₄^- - NH₃ - O H^-

Негіздік қасиет артады

1923 жылы қышқылдар-негіздер теориясына Т.Н.Льюис өз үлесін қосты. Электрон доноры – негіздер қышқылдардан протонды қосса, электрон акцепторы – қышқылдар негіздерге протондарды береді.

Бренстед – Льюис теориясы бойынша негіздер туралы пікірі бір-біріне сәйкес келсе, Льюис теориясы бойынша қышқылдарға протонды қышқылдардан басқа электрон акцепторлар да жатады: ВF₃, SO₃, AlCl₃, Ag⁺. Бұл бөлшектер бізге белгілі протонды қышқылдар сияқты индикаторлар түстерін өзгертеді. Бренстед теориясы бойынша қышқыл мен негіздерге электробейтарап бөлшектен басқа иондар да жатады. Мысалы, NH₄⁺(қышқыл), Н₂РО₄^- (қышқыл, негіз), НРО₄^2- (қышқыл, негіз), РО₄^3- (негіз).

F Н F Н

:

F В + :N Н F В N Н Н

F Н F Н

_{қышқыл негіз кешенді комплекс}

Льюис теориясы қышқыл мен негіздің әрекеттесуін донорлы-акцепторлы әсерлесу арқылы кешенді қосылыстың түзілуіне әкеледі.

Бұл теорияның кемістіктеріне тоқталсақ:

1) протонды қышқылдар (НСІ, Н₂SO₄) қышқылдық-негіздік әрекеттесу негізінде электрон жұптарын қоспайтынын түсіндіре алмайды;

2) қышқыл мен негіздің күштерін өзара салыстыруға келмейді.

1939 жылы Қазақстандық ғалым М.И. Усанович қышқылдар мен негіздерге қатысты өзінің тоериясын ұсынды. Бұл теория осыған дейін белгілі теорияларды біріктірді.

Қышқылдар деп катиондарын беретін немесе анион мен электронды қосатын бөлшек, яғни негіздерді бейтараптап, тұз түзетін зат.

Негіздер анион мен электрондарды беретін, катиондармен қосылысып тұз түзетін зат деп қарастырады.

Бұл анықтама бойынша біз білетін тотығу-тотықсыздану реакциясы да осы қышқылдық-негіздік әрекеттесуге келіп саяды.

Заттардың қышқылдық-негіздік қасиетттерін анықтау үшін қосылыстағы орталық атомның координациялық қанығу дәрежесін және периодты жүйедегі орнына көңіл бөлу керектігін атап көрсетті.

1952 жылы Р. Малликен қышқылдар мен негіздердің квантты механикалық теориясын ұсынды, ол да Усанович теориясы сияқты жалпылай теория, бірақ күрделірек.

Аталған теориялардың әрқайсысы қышқылдар мен негіздерді әр қырынан сипаттап, бірін-бірі толықтырады.