Teoria transferului de protoni (protolitică)
Tag-uri
Categorie:
Chimie Anorganică
Partajeaza in Google Classroom
Partajeaza cu Google Classroom
Susține Lectii-Virtuale!
Scurtă definiție
Teoria transferului de protoni (numită și teoria protolitică sau teoria Brønsted-Lowry) este teoria propusă în 1923 de J. N. Brønsted și T. M. Lowry în care definițiile de acid și de bază nu implică apa. Conform acestei teorii, un acid este orice substanță care are tendința de a ceda protoni, iar o bază este orice substanță care are tendința de a accepta protoni.
Definiție Descarcă PDF
Teoria transferului de protoni (teoria protolitică sau teoria Brønsted-Lowry)
Au fost definiți drept acizi combinațiile chimice care în soluții apoase formează ioni de hidroniu, H3O+, iar drept baze combinațiile care în soluții apoase disociază ioni de hidroxid, OH-. Aceste definiții sunt adecvate însă numai pentru soluții apoase, deoarece în soluțiile neapoase nu se pot forma, de exemplu, ioni de hidroniu.
Ca urmare, J. N. Brønsted în Danemarca și T. M. Lowry în Anglia, aproape simultan, în 1923, au definit drept acid orice substanță care are tendința de a ceda protoni, iar drept bază, orice substanță care are tendința de accepta protoni. Deci, conform acestei definiții, relația între un acid și o bază este:
Această relație reprezintă un transfer de protoni, adică este o reacție protolitică.
Acidul și baza între care există o astfel de legătură se numesc corespondente sau conjugate, iar întregul sistem se numește un sistem acid-bază. În acest sens, acidul clorhidric sau acidul acetic, având tendința de a ceda protoni sunt acizi, iar apa, având tendința de a accepta protoni, este o bază:
Însă, în reacția reversibilă dintre amoniac și apă, NH3 și OH-, deoarece pot accepta protoni, sunt baze, iar NH4+ și H2O, cedând protoni, sunt acizi:
Pe baza teoriei transferului de protoni (teoriei protolitice) a acizilor și bazelor se poate înțelege de ce caracterul acid sau bazic al unei combinații nu depinde numai de caracterul chimic al acestora, ci și de natura dizolvantului. Astfel, cu cât este mai mare afinitatea moleculelor de dizolvant pentru protoni, cu atât se manifestă mai puternic caracterul acid al substanței dizolvate. Apa fiind un dizolvant cu caracter bazic, echilibrul protolitic al acizilor tari dizolvați în apă este practic deplasat spre dreapta; de aceea, acizii tari sunt aproape total disociați în apă:
Amoniacul lichid (adică lichefiat) prezintă proprietăți bazice mai accentuate decât apa. După cum apa disociază (deși în slabă măsură) în ioni H3O+ și OH-:
tot așa amoniacul lichid poate disocia în ioni NH4+ și NH2-:
Comun acestor două procese de disociație este cedearea unui proton de către o moleculă de dizolvant unei alte molecule de dizolvant, așa încât rezultă o pereche de ioni cu sarcini contrare.
Însă pe când produsul ionic al apei (constanta de autoprotoliză) este 1,1 x 10-14, în cazul amoniacului, constanta de autoprotoliză este 1,0 x 10-22.
În mediu de amoniac lichid, un acid va da naștere ionilor NH4+. Întrucât însă amoniacul lichid este mai bazic decât apa, acizii care în apă sunt acizi slabi, în amoniac vor fi acizi tari. Chiar apa în amoniac lichid este un acid tare.
În mod similar se comportă și alcoolul metilic sau alcoolul etilic. Un acid în soluție de alcool metilic dă naștere la ioni CH3OH2+, după cum în soluție de alcool etilic dă naștere la ioni C2H5OH2+. Caracterul bazic al acestor dizolvanți este mai pronunțat decât al apei, dar mai slab decât al amoniacului lichid.
Acidul sulfuric are o aciditate mare și o constantă de autoprotoliză foarte mică. De aceea, substanțe care în soluții apoase se comportă ca acizi au caracter bazic în acid sulfuric concentrat, întrucât acceptă un proton de la acesta.
Există și unii dizolvanți care nu pot nici accepta nici ceda protoni, ca de exemplu hidrocarburile. În asemenea dizolvanți nu se pot produce disociații electrolitice.
Teoria transferului de protoni ajută la înțelegerea mecanismului catalizei omogene prin acizi și baze. La cataliza prin acizi, ca și la cataliza prin baze, se formează un produs intermediar. În primul caz, produsul intermediar rezultă prin acceptarea de către moleculele unuia dintre reactanți a unui proton cedat de catalizator. În al doilea caz, produsul intermediar rezultă prin cedarea unui proton de către molecula unuia dintre reactanți. Produsul intermediar format se descompune imediat, și anume la cataliza acidă el cedează un proton, iar la cataliza bazică el acceptă un proton, regenerând în modul acesta catalizatorul.
Exemple de cataliză omogenă se întâlnesc la multe reacții organice, de exemplu la condensări de aldehide, esterificări, polimerizări de hidrocarburi olefinice, etc.
Au fost definiți drept acizi combinațiile chimice care în soluții apoase formează ioni de hidroniu, H3O+, iar drept baze combinațiile care în soluții apoase disociază ioni de hidroxid, OH-. Aceste definiții sunt adecvate însă numai pentru soluții apoase, deoarece în soluțiile neapoase nu se pot forma, de exemplu, ioni de hidroniu.
Ca urmare, J. N. Brønsted în Danemarca și T. M. Lowry în Anglia, aproape simultan, în 1923, au definit drept acid orice substanță care are tendința de a ceda protoni, iar drept bază, orice substanță care are tendința de accepta protoni. Deci, conform acestei definiții, relația între un acid și o bază este:
Această relație reprezintă un transfer de protoni, adică este o reacție protolitică.
Acidul și baza între care există o astfel de legătură se numesc corespondente sau conjugate, iar întregul sistem se numește un sistem acid-bază. În acest sens, acidul clorhidric sau acidul acetic, având tendința de a ceda protoni sunt acizi, iar apa, având tendința de a accepta protoni, este o bază:
Însă, în reacția reversibilă dintre amoniac și apă, NH3 și OH-, deoarece pot accepta protoni, sunt baze, iar NH4+ și H2O, cedând protoni, sunt acizi:
Pe baza teoriei transferului de protoni (teoriei protolitice) a acizilor și bazelor se poate înțelege de ce caracterul acid sau bazic al unei combinații nu depinde numai de caracterul chimic al acestora, ci și de natura dizolvantului. Astfel, cu cât este mai mare afinitatea moleculelor de dizolvant pentru protoni, cu atât se manifestă mai puternic caracterul acid al substanței dizolvate. Apa fiind un dizolvant cu caracter bazic, echilibrul protolitic al acizilor tari dizolvați în apă este practic deplasat spre dreapta; de aceea, acizii tari sunt aproape total disociați în apă:
Amoniacul lichid (adică lichefiat) prezintă proprietăți bazice mai accentuate decât apa. După cum apa disociază (deși în slabă măsură) în ioni H3O+ și OH-:
tot așa amoniacul lichid poate disocia în ioni NH4+ și NH2-:
Comun acestor două procese de disociație este cedearea unui proton de către o moleculă de dizolvant unei alte molecule de dizolvant, așa încât rezultă o pereche de ioni cu sarcini contrare.
Însă pe când produsul ionic al apei (constanta de autoprotoliză) este 1,1 x 10-14, în cazul amoniacului, constanta de autoprotoliză este 1,0 x 10-22.
În mediu de amoniac lichid, un acid va da naștere ionilor NH4+. Întrucât însă amoniacul lichid este mai bazic decât apa, acizii care în apă sunt acizi slabi, în amoniac vor fi acizi tari. Chiar apa în amoniac lichid este un acid tare.
În mod similar se comportă și alcoolul metilic sau alcoolul etilic. Un acid în soluție de alcool metilic dă naștere la ioni CH3OH2+, după cum în soluție de alcool etilic dă naștere la ioni C2H5OH2+. Caracterul bazic al acestor dizolvanți este mai pronunțat decât al apei, dar mai slab decât al amoniacului lichid.
Acidul sulfuric are o aciditate mare și o constantă de autoprotoliză foarte mică. De aceea, substanțe care în soluții apoase se comportă ca acizi au caracter bazic în acid sulfuric concentrat, întrucât acceptă un proton de la acesta.
Există și unii dizolvanți care nu pot nici accepta nici ceda protoni, ca de exemplu hidrocarburile. În asemenea dizolvanți nu se pot produce disociații electrolitice.
Teoria transferului de protoni ajută la înțelegerea mecanismului catalizei omogene prin acizi și baze. La cataliza prin acizi, ca și la cataliza prin baze, se formează un produs intermediar. În primul caz, produsul intermediar rezultă prin acceptarea de către moleculele unuia dintre reactanți a unui proton cedat de catalizator. În al doilea caz, produsul intermediar rezultă prin cedarea unui proton de către molecula unuia dintre reactanți. Produsul intermediar format se descompune imediat, și anume la cataliza acidă el cedează un proton, iar la cataliza bazică el acceptă un proton, regenerând în modul acesta catalizatorul.
Exemple de cataliză omogenă se întâlnesc la multe reacții organice, de exemplu la condensări de aldehide, esterificări, polimerizări de hidrocarburi olefinice, etc.
Preambul
Preambul
Referințe
Edith Beral, Mihai Zapan: Chimie Anorganică, ediția a 3-a, Editura Tehnică, București, 1963
Navigare în lectii
Cumpara abonament
Ajutor
Feedback-ul d-voastră este important pentru noi. Dacă observați vreo neregulă vă rugăm să ne-o semnalați apăsând butonul Trimite Feedback de mai jos.
