Teoria protolitica - Referate Live

Teoria protolitica
Teoria protolitica a acizilor si bazelor . Cuplul Acid-baza conjugata
Apa are rol esential. Teoria lui Arrhenius a insemnat un mare pas inainte pe calea intelegerii chimiei acizilor si a bazelor, definindu-i numai in solutie
apoasa. In anul 1923, chimistul danez Brönsted si chimistul englez Lowry propun o definitie mai generala a acizilor si bazelor (valabila pentru solutii
apoase si neapoase). Ei arata ca in solutie apoasa, ionul de hidrogen se gaseste sub forma de ion de hidroniu (H3O+), are rol de baza. Acizii si
bazele pot fi definite si in absenta apei sau in alt solvent. Reactii care implica apa:
1) dizolovarea unei baze in apa se stabileste urmatorul echilibru, iar deoarece apa cedeaza un proton, are rol de acid.
B + H2O ↔ BH+ + HO-
2) acizii care pot ceda un singur proton unei baze (HCl, HNO3, HClO4).
HNO3 + H2O ↔ H3O+ + NO3-
3) intr-o reactie de echilibru acida-bazica (Brnsted), in mediul de reactie exista doua specii de acizi si doua specii de baze.
HCl (aq) + H2O (l) = H3O ↔ H3O+(aq) + Cl-(aq) HCl
pierde un proton si formeaza ionul clorura, Cl-, care este baza sa conjugata. In solutie se formeza cuplul HCl/Cl-. H2O accepta un proton si se
formeza astfel ionul hidroniu, H3O+, care este acidul sau conjugat, se formeaza cuplul H2O/H3O+. Acestea se numesc cupluri acido-bazice. In functie
de mediul de reactie apa poate participa la doua cupluri acido-bazice: H2O/H3O+ apa cu rol de baza si H2O/HO- apa cu rol de acid.
4)formarea stalactitelor si stalagmitelor, formatiuni carstice atat de spectaculoase, are la baza reactia CaCO3 + CO2 + H2O ↔ CA(HCO3)2 in
care este prezent cuplul acid-baza HCO3/CO32-.
Teoria transferului de protoni
Se cunosc multe substante cu caracter bazic care nu contin ioni OH- precum si substante cu caracter acid care nu contin ionii H+; prin urmare, teoria
disociatiei electrolitice nu este suficient de cuprinzatoare; ea nu poate explica aciditatea, respectiv bazicitatea tuturor substantelor. Aceasta teorie
considera ca ionul de hidrogen H+ poate exista singur, ceea ce nu este in acord cu realitatea. Acest ion este totdeauna atras de particule chimice cu
densitatea electrolitica mare, inclusiv de moleculele de apa:
H+ + H2O H3O+
Aceasta reactie de hidratare este puternic exoterma, iar constanta de echilibru are o valoare foarte mare; astfel la 298oK:
K = H3O+ /(H+ x H2O) = 10200
rezulta ca achilibrul este deplasat complet spre formarea cationului de hidroniu.
S-a pus in evidenta ca acizii disociaza si in medii neapoase, ca in etanol anhidru sau in amoniac lichid, cand ionul de hidrogen formeaza cu aceste
molecule cationii C2H5 – OH2+, respectiv NH4+. In aceste medii pot ioniza si bazele.
Dupa teoria lui Nikolaus Johannes Bronsted (1879-1947) si a lui T. M. Lowry, elaborata in mod independent unul de altul (1923), un acid este o
substanta care poate ceda protoni, iar baza este o substanta care poate primi protoni. In reactiile acido-bazice are loc totdeauna transfer de protoni,
de unde si numele teoriei. Prin pierderea unui proton, acidul A se transforma in baza conjugata B; prin combinarea bazei B cu protonul, apare acidul
conjugat A: A B + H+ ca de exemplu:
CH3 – COOH CH3 – COO- + H+
Acidul este donor de protoni, iar baza este acceptor de protoni. Baza si acidul formeaza o pereche conjugata acid-baza.Un acid,prin cedarea unui
proton,se transforma in baza conjugate,iar baza,prin acceptarea unui proton,trece in acidul conjugat.Un acid reactioneaza cu baza conjugata a unui
acid mai slab decat el,punand in libertate acidul mai slab.Cu cat un acid este mai tare (cedeaza mai usor protoni),cu atat baza lui conjugate este mai
slaba (accepta mai greu protoni)si invers.In reactia dintre un acid si o baza,apar doua cupluri de acid-baza conjugate,intre care are loc transferal de
protoni.
Deoarece protonul nu poate exista singur, reactiile de eliberare a protonului de catre un acid se petrec in medii de solventi a caror molecule pot lega
protonii, jucand deci rol de baza; cel mai frecvent acest rol il joaca apa:
CH3 – COOH + H2O CH3 – COO- + H3O+
in partea dreapta a reactiei a aparut o alta baza (CH3 – COO-) si un alt acid (H3O+).
Molecula apei joaca si rol de acid, de exemplu:
NH3 + H2O NH4+ + OH-
in aceasta reactie, HN3 este baza, H2O este acid, NH4+ este acid, iar OH- este baza. In prezenta ionului acetat, apa de asemenea are rol de acid:
CH3 – COO- + H2O CH3 – COOH + HO-
Datorita proprietatilor sale, apa are caracter amfoter sau amfiprotic, ceea ce rezulta si din reactia de autoprotoliza:
H2O + H2O H3O+ + OH-
Generalizand, rezulta urmatoarea schema:
Acid + Baza Baza + Acid
Un acid nu poate ceda un proton decat unei baze, care se transforma in acidul ei conjugat, iar acidul initial se tarnsforma in baza sa conjugata.
In teoria clasica a disociatiei electrolitice, un acid se defineste ca o specie chimica ce da nastere, la dizolvarea in apa, unui ion de hidrogen, H+, iar o

aza, ca o specie ce da nastere, in acelasi dizolvant, unui ion hidroxil,HO-.In afara de faptul ca aceasta definitie limiteaza fenomenul la solutii apoase,
ea este cu totul improprie pentru o reprezentare cantitativa a catalizei prin acizi si baze. De altfel, ionii de hidrogen, adica protoni fara invelis de
electroni, desi pot avea o viata trecatoare in stare gazoasa , nu pot exista liber in solutie apoasa (si nici in alti dizolvanti) din cauza tendintei lor
extreme de a se combina cu moleculelei apei, sub forma de ioni de hidroniu, H3O+ si, in mod similar, cu moleculele multor altor dizolvanti.
Dupa J.N. Bronsted (1923) un acid este o specie ce are tendinta de a ceda un proton, iar o baza, o specie ce are tendinta de a accepta un proton,
conform ecuatiei:
AHàA-+H+
AH este numit acid conjugat al bazei A- si invers ecoatia nu inpune nici o restrictie in cea ce priveste sarcinile electrice ale acidului si bazelor. Semnul
minus indica numai ca A- poseda o sarcina pozitiva mai putin decat AH ecuatia este insa o simpla schema. Un acid nu poate ceda un proton decat
unei baze.Sa ne imaginam o a doua pereche conjugata de acid si bazaBHàB-+H+
Combinand unu cu doi se obtine ecuatia unui proces ce poate avea loc in realitate
AH+B-àBH+A-
Acidul este substanta capabila sa cedeze, in timpul reactiei chimice, unul sau mai multi protoni.
Baza este substanta capabila sa accepte, in timpul reactiei chimice, unul sau mai multi protoni.
Substanta anfotera (amfiprotica) este substanta care in prezenta unui acid se comporta ca o baza, iar in prezenta unei baze se comporta ca un acid.
Un acid pune in libertate acizii mai slabi decat el din sarurile lor.
O baza pune in libertate bazele mai slabe decat ea din sarurile lor.
AcidBaza
Acid percloricHCIO4CIO4-Ion perclorat
Acid sulfuricH2SO4HSO4-Ion sulfat
Acid iodhidricHII-Ion iodura
Acid bromhidricHBrBr-Ion bromura
Acid clorhidricHClCl-Ion clorura
Acid azoticHNO3NO3-Ion azotat
Ion hidroniuH30+H2OApa
Ion sulfat acidHSO4-SO42-Ion sulfat
Acid fosforicH3PO4H2PO4-Ion fosfat acid
Acid fluorhidricHFF-Ion fluorura
Acid azotosHNO2NO2-Ion azotit
Acid aceticCH3CO2HCO3CO2-Ion acetat
Acid carbonicH2CO3HCO3-Ion carbonat acid
Hidrogen sulfuratH2SHS-Ion sulfura acida
Ion amoniu NH4+NH3Amoniac
Acid cianhidric HCNCN-Ion cianura
Ion carbonat acidHCO3-CO32-Ion carbonat
Ion sulfura acidaHS-S2-Ion sulfura
ApaH20OH-Ion hidroxid
EtanolC2H5OHC3H5O-Ion entoit
AmoniacNH3NH2-Ion amidura
HidrogenH2H-Ion hidrura