den Historiske developmentEdit

tanken om en syre-base reaktion blev først foreslået i 1754 af Guillaume-François Rouelle, der introducerede ordet “base” i kemi til at betyde et stof, der reagerer med syre til at give det fast form (som et salt).

Lavoisier ‘ s o oxygenygen theory of acidsEdit

det første videnskabelige begreb om syrer og baser blev leveret af Lavoisier i omkring 1776., Siden Lavoisier ‘ s viden om stærke syrer hovedsagelig var begrænset til oxoacids, som HNO
3 (salpetersyre) og H
2SO
4 (svovlsyre), som har en tendens til at indeholde centrale atomer i høje oxidationstrin omgivet af ilt, og da han ikke var klar over den sande sammensætning af hydrohalic fedtsyrer (HF, HCl, HBr, og HI), definerede han fedtsyrer i form af deres, der indeholder ilt, som i virkeligheden er han opkaldt efter det græske ord, der betyder “syre-tidligere” (fra græsk οξυς (prøve oxy ‘ er), der betyder “syre” eller “skarp”, og γεινομαι (geinomai), der betyder “at skabe”)., Lavoisier-definitionen holdt i over 30 år, indtil 1810-artiklen og efterfølgende forelæsninger af Sir Humphry Davy, hvor han beviste manglen på ilt i h
2S, H2Te og hydrohalsyrerne. Davy kunne imidlertid ikke udvikle en ny teori og konkluderede ,at”surhed ikke afhænger af noget bestemt elementært stof, men af ejendommelig arrangement af forskellige stoffer”. En bemærkelsesværdig ændring af ilt teori blev leveret af Jöns Jacob Berzelius, der erklærede, at fedtsyrer er oxider af nonmetals, mens baser er oxider af metaller.,

Liebig ‘ s brint teori om acidsEdit

I 1838, Justus von Liebig foreslået, at en syre er et brint-indeholder sammensatte, hvis brint kan erstattes af et metal. Denne omdefinering var baseret på hans omfattende arbejde med den kemiske sammensætning af organiske syrer og afsluttede det doktrinære skift fra iltbaserede syrer til brintbaserede syrer startet af Davy. Liebig ‘ s definition, mens helt empirisk, forblev i brug i næsten 50 år, indtil vedtagelsen af Arrhenius definition.,

Arrhenius definitionEdit

den første moderne definition af syrer og baser i molekylære termer blev udtænkt af Svante Arrhenius. En hydrogen-teori af syrer, det følger af hans 1884 arbejde med Friedrich Wilhelm Ostwald i oprettelse af tilstedeværelsen af ioner i vandig opløsning og førte til, at Arrhenius, der modtager Nobelprisen i Kemi i 1903.

som defineret af Arrhenius:

• en Arrhenius-syre er et stof, der dissocierer i vand for at danne hydrogenioner (h+); det vil sige en syre øger koncentrationen af H+ ioner i en vandig opløsning.,

dette forårsager protonering af vand eller oprettelse af hydronium (H3O+) ion. I moderne tid fortolkes symbolet H+ således som en stenografi for H3O+, fordi det nu er kendt, at en bar proton ikke eksisterer som en fri art i vandig opløsning.en Arrhenius-base er et stof, der dissocierer i vand for at danne hydro .id (OH−) ioner; det vil sige en base øger koncentrationen af OH− ioner i en vandig opløsning.,”

Arrhenius-definitionerne af surhed og alkalinitet er begrænset til vandige opløsninger og henviser til koncentrationen af opløsningsmiddelionerne. I henhold til denne definition er ren H2SO4 og HCl opløst i toluen ikke sure, og smeltet NaOH og opløsninger af calciumamid i flydende ammoniak er ikke alkaliske. Dette førte til udviklingen af Brønsted-lo .ry teorien og efterfølgende Le .is teori for at redegøre for disse ikke-vandige undtagelser.,

alt i alt, at kvalificere sig som en Arrhenius syre, ved indledningen til vand, kemiske skal enten medføre, direkte eller på anden måde:

• en stigning i den vandige hydronium koncentration, eller
• et fald i vandig natriumhydroxid koncentration.

og Omvendt, for at kvalificere sig som en Arrhenius base, ved indledningen til vand, kemiske skal enten medføre, direkte eller på anden måde:

• et fald i den vandige hydronium koncentration, eller
• en stigning i vandig natriumhydroxid koncentration.,

reaktionen af en syre med en base kaldes en neutraliseringsreaktion. Produkterne af denne reaktion er et salt og vand.

syre + base + salt + vand

i denne traditionelle repræsentation formuleres en syre–base neutraliseringsreaktion som en dobbeltudskiftningsreaktion. For eksempel producerer reaktionen af saltsyre, HCI, med natriumhydro .id, NaOH, opløsninger en opløsning af natriumchlorid, NaCl og nogle yderligere vandmolekyler.,HCl(a.) + NaOH(a.) + NaCl (a.) + H2O

modifikatoren (A.) i denne ligning blev underforstået af Arrhenius, snarere end eksplicit inkluderet. Det indikerer, at stofferne opløses i vand. Selvom alle tre stoffer, HCl, NaOH og NaCl er i stand til at eksistere som rene forbindelser, er de i vandige opløsninger fuldt dissocieret i de akvatiske ioner H+, Cl−, Na+ og OH−.,

Brønsted–Lowry definitionEdit

Johannes Nicolaus Brønsted og Thomas Martin Lowry

Brønsted–Lowry definition, som er formuleret i 1923, uafhængigt af Johannes Nicolaus Brønsted i Danmark og Martin Lowry i England, er baseret på ideen om protonation af baser gennem deprotonation af fedtsyrer – der er, evnen af syrer, til at “donere” brintioner (H+)—også kendt som protoner—til baser, der “acceptere” dem.,

en syre–base reaktion er således fjernelsen af en hydrogenion fra syren og dens tilsætning til basen. Fjernelsen af en hydrogenion fra en syre frembringer sin konjugatbase, som er syren med en hydrogenion fjernet. Modtagelsen af en proton med en base frembringer dens konjugatsyre, som er basen med en hydrogenion tilsat.

i Modsætning til de tidligere definitioner, Brønsted–Lowry definition ikke henvise til dannelsen af salt og solvent, men i stedet til dannelsen af konjugerede syre og konjugat baser, produceret ved overførsel af en proton fra syren til basen., I denne tilgang er syrer og baser fundamentalt forskellige i adfærd fra salte, der ses som elektrolytter, underlagt Teorierne om Debye, Onsager og andre. En syre og en base reagerer ikke på at producere et salt og et opløsningsmiddel, men at danne en ny syre og en ny base. Begrebet neutralisering er således fraværende. Brønsted-lo .ry syre–base adfærd er formelt uafhængig af ethvert opløsningsmiddel, hvilket gør det mere altomfattende end Arrhenius modellen. Beregningen af pH under Arrhenius-modellen var afhængig af alkalier (baser), der opløses i vand (vandig opløsning)., Brønsted-lo .ry-modellen udvidede, hvad der kunne være pH-testet ved hjælp af uopløselige og opløselige opløsninger (gas, væske, fast stof).

Den generelle formel for syre–base reaktioner i henhold til Brønsted–Lowry definition er:

HA + B → BH+ + A−

hvor HA repræsenterer syre, B repræsenterer den base, BH+ repræsenterer den konjugerede syre i B, og A− repræsenterer den konjugerede base af HA.,

For eksempel, en Brønsted-Lowry model for adskillelse af saltsyre (HCl) i vandig opløsning vil være følgende:

HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl−

fjernelse af H+ fra HCl producerer klorid ion -, Cl−, den konjugerede base af syre. Tilsætningen af H + til H2O (der virker som en base) danner hydroniumion, H3O+, basens konjugatsyre.

vand er amfotere—det vil sige, det kan fungere som både en syre og en base., Den Brønsted-Lowry model, der forklarer dette, der viser en adskillelse af vand i lave koncentrationer af hydronium og hydroxid ioner:

H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH−

Denne ligning er vist på billedet nedenfor:

Her, er et molekyle af vand virker som en syre, donere en H+, og danner den konjugerede base, ÅH−, og et andet molekyle af vand, der fungerer som en base, accept af H+ – ion og danner den konjugerede syre, H3O+.

som et eksempel på vand, der virker som en syre, overveje en vandig opløsning af pyridin, C5H5N.,

C5H5N + H2O ⇌ + + OH−

i dette eksempel opdeles et vandmolekyle i en hydrogenion, der doneres til et pyridinmolekyle og en hydro .idion.

i Brønsted-lo .ry-modellen behøver opløsningsmidlet ikke nødvendigvis at være vand, som det kræves af Arrhenius Acid-Base-modellen. For eksempel overveje, hvad der sker, når eddikesyre, CH3COOH, opløses i flydende ammoniak.

CH
3COOH + NH
3 ⇌ NH+
4 + CH
3COO−

En H+ ion er fjernet fra eddikesyre, der danner dens konjugerede base, acetat ion, CH3COO−., Tilføjelse af en H+ ion til en ammoniak-molekyle af opløsningsmiddel skaber dets konjugerede syre, den ammonium-ion, NH+

Brønsted–Lowry model opkald brint-holdige stoffer (som HCl) syrer. Således er nogle stoffer, som mange kemikere anses for at være syrer, såsom SO3 eller BCl3, udelukket fra denne klassificering på grund af mangel på hydrogen. Gilbert N., Lewis skrev i 1938, “for At begrænse den gruppe af syrer, til de stoffer, der indeholder brint, der griber ind så alvorligt med den systematiske forståelse af kemi, som ville begrænsning af udtrykket oxiderende agent, at stoffer, der indeholder ilt.”Desuden, KOH og KNH2 ikke betragtes som Brønsted baser, men snarere salte, der indeholder baser OH− og NH−

Lewis definitionEdit

brint-krav, at Arrhenius og Brønsted–Lowry var fjernet af Lewis definition af syre–base reaktioner, der er udtænkt af Gilbert N., Le .is i 1923, samme år som Brønsted–lo .ry, men den blev først uddybet af ham i 1938. I stedet for at definere syre–base reaktioner i form af protoner eller andre bundne stoffer, Lewis definition definerer en base (nævnt som en Lewis base) til at være et stof, der kan donere en elektron par, og en syre (en Lewis syre), for at være et stof, der kan modtage denne elektron-par.

for eksempel er bortrifluorid, BF3 en typisk Le .is-syre. Det kan acceptere et par elektroner, da det har en ledig stilling i sin oktet. Fluorionen har en fuld oktet og kan donere et par elektroner., Således

BF3 + f−. bf−
4

er en typisk Le .is syre, Le .is base reaktion. Alle forbindelser af gruppe 13 elementer med en formel A .3 kan opføre sig som Le .is syrer. Tilsvarende kan forbindelser af gruppe 15-elementer med en formel DY3, såsom aminer, NR3 og phosphiner, PR3, opføre sig som Le .is-baser. Addukter mellem dem har formlen DY3A dy DY3 med en dativ kovalent binding, vist symbolsk som ←, mellem atomerne a (acceptor) og D (donor). Forbindelser af gruppe 16 med en formel DX2 kan også fungere som Lewis baser; på denne måde, en forbindelse som en ether, R2O, eller en thioether, R2S, kan fungere som en Lewis base., Le .is-definitionen er ikke begrænset til disse eksempler. For eksempel virker kulilte som en le .is-base, når den danner en addukt med bortrifluorid med formlen F3B CO CO.addukter, der involverer metalioner, kaldes koordinationsforbindelser; hver ligand donerer et par elektroner til metalionen., Reaktionen

+ + 2NH3 → + + 4H2O

kan ses som en syre–base reaktion, hvor en stærkere base (ammoniak) erstatter en svagere (vand)

Lewis og Brønsted–Lowry definitioner er i overensstemmelse med hinanden, da den reaktion

H+ + OH− ⇌ H2O

er en syre–base reaktion i begge teorier.

opløsningsmiddel systemdefinitionedit

en af begrænsningerne i Arrhenius-definitionen er dens afhængighed af vandopløsninger. Edward Curtis Franklin studeret syre–base reaktioner i flydende ammoniak i 1905 og påpegede ligheder til vand-baseret Arrhenius teori. Albert F.,O. Germann, der arbejder med flydende fosgen, COCl
2, formulerede den opløsningsmiddelbaserede teori i 1925, hvorved Arrhenius-definitionen generaliseres til at dække aprotiske opløsningsmidler.

Germann påpegede, at der i mange opløsninger er ioner i ligevægt med de neutrale opløsningsmiddelmolekyler:

• solvoniumioner: et generisk navn for positive ioner. (Udtrykket solvonium har erstattet det ældre udtryk lyoniumioner: positive ioner dannet ved protonering af opløsningsmiddelmolekyler.)
• solvate ioner: et generisk navn for negative ioner., (Udtrykket solvat har erstattet det ældre udtryk lyationer: negative ioner dannet ved afprotonering af opløsningsmiddelmolekyler.,nd ammonium and amide, respectively: 2 H
  2O ⇌ H
  3O+
  + OH−
  2 NH
  3 ⇌ NH+
  4 + NH−
  2

  Some aprotic systems also undergo such dissociation, such as dinitrogen tetroxide into nitrosonium and nitrate, antimony trichloride into dichloroantimonium and tetrachloroantimonate, and phosgene into chlorocarboxonium and chloride:

  N
  2O
  4 ⇌ NO+
  + NO−
  3 2 SbCl
  3 ⇌ SbCl+
  2 + SbCl−
  4 COCl
  2 ⇌ COCl+
  + Cl−

  A solute that causes an increase in the concentration of the solvonium ions and a decrease in the concentration of solvate ions is defined as an acid., Et opløst stof, der forårsager en stigning i koncentrationen af solvationerne og et fald i koncentrationen af solvoniumionerne, defineres som en base., definitionen viser, at beskrive de reaktioner, der er i aprotic opløsningsmidler, som for eksempel i flydende N
  2O
  4:

  + → +

  Fordi opløsningsmiddel systemet definition afhænger af det opløste stof, samt om opløsningsmiddel sig selv, en bestemt opløst stof kan være enten en syre eller en base, afhængigt af valget af opløsningsmiddel: HClO
  4 er en stærk syre i vand, en svag syre eddikesyre, og en svag base i fluorosulfonic syre; denne karakteristik af teorien har været set som både en styrke og en svaghed, fordi nogle stoffer (som SÅ
  3 og NH
  3) er blevet set for at være sur eller basisk om deres egen ret., På den anden side er opløsningsmiddelsystemteori blevet kritiseret for at være for generel til at være nyttig. Man har også troet, at der er noget iboende surt ved hydrogenforbindelser, en egenskab, der ikke deles af ikke-hydrogeniske solvoniumsalte.

  Lux–Oversvømmelse definitionEdit

  Denne syre–base teori var en genoplivning af ilt teori om syrer og baser, som foreslået af den tyske kemiker Hermann Lux i 1939, yderligere forbedret af Håkon Oversvømmelse circa 1947 og anvendes stadig i moderne geokemi og elektrokemi af smeltede salte., Denne definition beskriver en syre som en oxid-ion (O2−
  ) acceptor og en base som en oxid-ion donor. For eksempel:

  + → MgCO
  3 + → CaSiO
  3 + → NO+
  2 + 2 SO2−
  4

  Denne teori er også nyttigt i systematisering af de reaktioner, der er af ædel gas forbindelser, især xenon-oxider, fluorider, og oxofluorides.

  Usanovich definitionEdit

  Mikhail Usanovich udviklet en generel teori, der ikke begrænser surhedsgrad til brint-holdige forbindelser, men hans tilgang, udgivet i 1938, var endnu mere generelt end Lewis teori., Usanovichs teori kan opsummeres som at definere en syre som noget, der accepterer negative arter eller donerer positive, og en base som omvendt. Dette defineret begrebet redox (oxidation-reduktion) som et særligt tilfælde af syre–base reaktioner

  Nogle eksempler på Usanovich syre–base reaktioner er:

  + → 2 Na+
  + SO2−
  4 (arter, der udveksles: O2−
  anion) + → 6 NH+
  4 + 2 SbS3−
  4 (arter, der udveksles: 3 S2−
  anioner) + → 2Na+
  + 2 cl−
  (arter, der udveksles: 2 elektroner)