történelmi fejlődésszerkesztés

a sav-bázis reakció fogalmát először 1754-ben javasolta Guillaume-François Rouelle, aki bevezette az “alap” szót a kémiába, hogy olyan anyagot jelentsen, amely savval reagál, hogy szilárd formát adjon (sóként).

Lavoisier acidsedit

a savak és bázisok első tudományos koncepcióját Lavoisier szolgáltatta 1776 körül., Mivel Lavoisier tudás, erős savak elsősorban korlátozott oxoacids, mint HNO
3 (salétromsav), valamint a H
2SO
4 (kénsav), amely általában tartalmaznak központi atomok magas oxidációs államok körülvéve, oxigén, mivel nem volt tudatában az igaz összetétele a hydrohalic savak (HF, HCl, HBr, valamint HI), hogy meghatározott savak szempontjából a oxigént tartalmazó, ami tény, hogy a neve a görög szó jelentése “savval-a korábbi” (a görög οξυς (oxy) jelentése “sav” vagy “éles” pedig γεινομαι (geinomai) jelentése “megteremtésében”)., A Lavoisier-definíció több mint 30 évig tartott, egészen az 1810-es cikkig és Sir Humphry Davy későbbi előadásáig, amelyben bizonyította az oxigénhiányt a H
2S, H2Te és a hidrohálsavakban. Davy azonban nem dolgozott ki új elméletet, arra a következtetésre jutott, hogy “a savasság nem függ semmilyen elemi anyagtól, hanem a különböző anyagok sajátos elrendezésétől”. Az oxigénelmélet egyik figyelemre méltó módosítását Jöns Jacob Berzelius adta, aki kijelentette, hogy a savak nemfémek oxidjai, míg a bázisok fémek oxidjai.,

Liebig a savak hidrogénelméletébenszerkesztés

1838-ban Justus von Liebig azt javasolta, hogy egy sav hidrogéntartalmú vegyület, amelynek hidrogénjét fém helyettesítheti. Ez az újradefiniálás a szerves savak kémiai összetételére vonatkozó kiterjedt munkáján alapult, befejezve a Davy által elindított doktrinális elmozdulást az oxigénalapú savakról a hidrogén alapú savakra. Liebig definíciója, bár teljesen empirikus, majdnem 50 évig használatban maradt az Arrhenius meghatározás elfogadásáig.,

Arrhenius definitionEdit

a savak és bázisok molekuláris értelemben vett első modern definícióját Svante Arrhenius dolgozta ki. A savak hidrogénelméletét Friedrich Wilhelm Ostwald 1884-es munkája követte az ionok vizes oldatban való jelenlétének megállapításában, és Arrhenius 1903-ban kémiai Nobel-díjat kapott.

az Arrhenius meghatározása szerint:

• az Arrhenius sav olyan anyag, amely vízben disszociál hidrogénionok (H+) képzésére; vagyis egy sav növeli a H+ ionok koncentrációját vizes oldatban.,

Ez a víz protonációját vagy a hidrónium (H3O+) ion létrehozását okozza. Így a modern időkben a H + szimbólumot a H3O+ rövidítéseként értelmezik, mert ma már ismert, hogy a csupasz proton nem létezik szabad fajként vizes oldatban.

• az Arrhenius-bázis olyan anyag, amely vízben disszociál hidroxid (OH−) ionokká; vagyis egy bázis növeli az Oh− ionok koncentrációját vizes oldatban.,”

a savasság és lúgosság Arrhenius definíciói a vizes oldatokra korlátozódnak, és az oldószerionok koncentrációjára utalnak. E meghatározás szerint a toluolban oldott tiszta H2SO4 és HCl nem savas, az olvadt NaOH és a folyékony ammóniában lévő kalcium-amid oldatai nem lúgosak. Ez vezetett a Brønsted-Lowry elmélet és az azt követő Lewis-elmélet fejlődéséhez, hogy figyelembe vegyék ezeket a nem vizes kivételeket.,

Általános, minősüljön egy Arrhenius sav, amikor a bevezetés a víz, a kémiai vagy, mert, közvetlenül vagy más módon:

• növekedése a vizes hydronium koncentráció, vagy
• csökken a vizes-hidroxid-koncentráció.

fordítva, ahhoz, hogy Arrhenius bázisnak minősüljön, a vízbe történő bevezetéskor a vegyi anyagnak vagy közvetlenül vagy más módon kell okoznia:

• a vizes hidrónium-koncentráció csökkenését, vagy
• a vizes hidroxid-koncentráció növekedését.,

egy sav bázissal való reakcióját semlegesítési reakciónak nevezzük. Ennek a reakciónak a termékei só és víz.

acid + base → salt + water

ebben a hagyományos ábrázolásban egy sav-bázis semlegesítési reakciót kettős csere reakcióként fogalmazunk meg. Például, a reakció a sósav, HCl, nátrium-hidroxiddal, NaOH, oldatok termel nátrium-klorid, NaCl, valamint néhány további vízmolekulák.,

HCl(AQ) + NaOH(aq) → NaCl(AQ) + H2O

az egyenletben szereplő módosítót (AQ) Arrhenius implicitálta, nem pedig explicit módon. Ez azt jelzi,hogy az anyagok vízben oldódnak. Bár mind a három anyag, a HCl, a NaOH és a NaCl képes tiszta vegyületként létezni, vizes oldatokban teljesen disszociálódnak a H+, Cl−, Na+ és OH−vízionokba.,

Brønsted–Lowry definitionEdit

Johannes Nicolaus Brønsted Tamás Martin Lowry

A Brønsted–Lowry definíciót fogalmazta meg 1923-ban, függetlenül Johannes Nicolaus Brønsted Dániában, Martin Lowry Angliában, épül az ötlet, hogy meghatároztam a bázisok keresztül a deprotonálódásra savak – ez, az a képesség, savak, hogy “adomány” a hidrogén ion (H+)—más néven proton—, hogy bázisok, amelyek az “elfogadom” őket.,

egy sav-bázis reakció tehát egy hidrogénion eltávolítása a savból és a bázishoz való hozzáadása. A hidrogénion savból történő eltávolítása konjugált bázist hoz létre, amely a hidrogénion eltávolított savja. A proton bázis általi befogadása konjugált savat termel,amely az alap hidrogénion hozzáadásával.

a korábbi meghatározásokkal ellentétben a Brønsted-Lowry definíció nem a só és az oldószer képződésére utal, hanem konjugált savak és konjugált bázisok kialakulására, amelyeket egy protonnak a savból a bázisba történő átvitelével állítanak elő., Ebben a megközelítésben a savak és bázisok viselkedése alapvetően különbözik a sóktól, amelyeket elektrolitoknak tekintünk, Debye, Onsager és mások elméleteinek megfelelően. Egy sav és egy bázis nem sót és oldószert termel, hanem új savat és új bázist képez. A semlegesítés fogalma tehát hiányzik. A Brønsted-Lowry sav-bázis viselkedés formálisan független minden oldószertől, így átfogóbb, mint az Arrhenius modell. Az Arrhenius modell szerinti pH kiszámítása a vízben (vizes oldatban) oldódó lúgoktól (bázisoktól) függött., A Brønsted–Lowry modell oldhatatlan és oldható oldatok (gáz, folyadék, szilárd) alkalmazásával bővítette a pH-tesztet.

a Brønsted–Lowry definíció szerinti sav–bázis reakciók általános képlete:

HA + B → BH + + a –

ahol HA a savat képviseli, B a bázist, BH + a B konjugált savát, A− A ha konjugált bázisát képviseli.,

például a Brønsted-Lowry modell a disszociációs a sósav (HCl) vizes oldatban lenne a következő:

HCl + H2O ⇌ H3O+ + Cl−

Az eltávolítása H+ a HCl termel, a klorid-ion, Cl−, a konjugált bázis a sav. A H + hozzáadása a H2O-hoz (bázisként működik)a hidrónium-ion, a H3O+, az alap konjugált savja.

A Víz amfoterikus—vagyis mind savként, mind bázisként működhet., A Brønsted-Lowry modell magyarázza ezt, hogy megmutassa a különbséget a víz alacsony koncentrációban hydronium, illetve hidroxid-ionok:

H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH−

Ez az egyenlet bizonyítja a lenti kép:

Itt egy molekula víz viselkedik, mint egy savas, adományoz a H+ alkotó a konjugált bázis, Ó−, valamint egy második molekula víz viselkedik, mint egy bázis, elfogadja, hogy a H+ ion alkotó a konjugált sav, H3O+.

mint például a savként ható víz, fontolja meg a piridin vizes oldatát, C5H5N.,

C5H5N + H2O ⇌ + OH –

ebben a példában egy vízmolekula hidrogénionra oszlik, amelyet egy piridin molekulának és egy hidroxid ionnak adományoznak.

a Brønsted-Lowry modellben az oldószernek nem feltétlenül kell víznek lennie, amint azt az Arrhenius sav-bázis modell előírja. Például fontolja meg, mi történik, ha az ecetsav, a CH3COOH folyékony ammóniában oldódik.

CH
3COOH + NH
3 ⇌ NH+
4 + CH
3coo –

egy H+ iont távolítanak el az ecetsavból, a konjugált bázist, az acetátionot, a CH3COO-t képezve., H + ion hozzáadása az oldószer ammóniamolekulájához konjugált savat hoz létre, az ammónium-ion, NH+

a Brønsted–Lowry modell hidrogéntartalmú anyagokat (például HCl) savaknak hív. Így egyes anyagok, amelyeket sok vegyész savnak tekintett, mint például a SO3 vagy a BCL3, a hidrogén hiánya miatt kizárják ezt a besorolást. Gilbert N., Lewis 1938-ban írta: “a savak csoportjának korlátozása azokra az anyagokra, amelyek hidrogént tartalmaznak, ugyanolyan komolyan zavarja a kémia szisztematikus megértését, mint az oxidálószer kifejezés oxigéntartalmú anyagokra való korlátozását.”Továbbá a KOH és a KNH2 nem tekinthető Brønsted bázisnak, hanem az OH− és NH−

Lewis definitionEdit

Arrhenius és Brønsted–Lowry hidrogénigényét a Gilbert N. által kidolgozott sav–bázis reakciók Lewis-definíciójával távolították el., Lewis 1923–ban, ugyanabban az évben, mint Brønsted-Lowry, de csak 1938-ban dolgozta ki. Ahelyett, hogy meghatározná a sav–bázis reakciókat protonok vagy más ragasztott anyagok tekintetében, a Lewis definíció szerint egy bázis (amelyet Lewis-bázisnak neveznek) olyan vegyület, amely elektronpárt adhat, és egy sav (Lewis-sav) olyan vegyület, amely képes fogadni ezt az elektronpárt.

például a bór-trifluorid, a BF3 egy tipikus Lewis-sav. El tud fogadni egy pár elektront, mivel üresedése van az oktettjében. A fluorid ionnak teljes oktettje van, és egy pár elektront tud adni., Így a

BF3 + F− → Bf –
4

egy tipikus Lewis-sav, Lewis-bázis reakció. Az AX3 képlettel rendelkező 13. csoport összes vegyülete Lewis-savként viselkedhet. Hasonlóképpen, a 15.csoportba tartozó, DY3 képlettel rendelkező vegyületek, mint például az aminok, az NR3 és a PR3 foszfinok, Lewis-bázisokként viselkedhetnek. A közöttük lévő adduktok formulája X3A←DY3 egy kovalens kötéssel, szimbolikusan←, az a (akceptor) és D (donor) atomok között. A 16. csoportba tartozó vegyületek DX2 képlettel Lewis bázisokként is működhetnek; ily módon egy olyan vegyület, mint egy éter, R2O, vagy egy tioéter, R2S, Lewis bázisként működhet., A Lewis meghatározás nem korlátozódik ezekre a példákra. Például a szén-monoxid Lewis-bázisként működik, amikor bór-trifluoriddal, az F3B←CO formulával mellékterméket képez.

a fémionokat tartalmazó Adduktokat koordinációs vegyületeknek nevezik; minden ligandum egy pár elektronot adományoz a fém ionnak., A reakció

+ + 2nh3 → + + 4H2O

sav–bázis reakciónak tekinthető, amelyben egy erősebb bázis (ammónia) helyettesíti a gyengébbet (víz)

A Lewis és Brønsted–Lowry definíciók összhangban vannak egymással, mivel a reakció

H+ + OH− ⇌ H2O

mindkét elméletben sav–bázis reakció.

Solvent system definitionEdit

az Arrhenius definíció egyik korlátja a vízoldatokra való támaszkodás. Edward Curtis Franklin 1905–ben tanulmányozta a folyékony ammónia sav-bázis reakcióit, és rámutatott a hasonlóságokra a vízalapú Arrhenius-elmélettel. Albert F.,O. Germann, aki folyékony foszgénnel, COCl
2-vel dolgozott, 1925-ben megfogalmazta az oldószer alapú elméletet, ezáltal általánosítva az Arrhenius definíciót az aprotikus oldószerek lefedésére.

Germann rámutatott, hogy számos oldatban vannak ionok egyensúlyban a semleges oldószer molekulákkal:

• solvonium ionok: a pozitív ionok általános neve. (A solvonium kifejezés felváltotta a régebbi lyonium ionokat: az oldószermolekulák protonálásával képződött pozitív ionokat.)
• solvate ionok: a negatív ionok általános neve., (A solvate kifejezés felváltotta a régebbi lyate ionokat: az oldószermolekulák deprotonálásával képződött negatív ionokat.,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., A szolvátionok koncentrációjának növekedését, valamint a szolvoniumionok koncentrációjának csökkenését okozó oldott anyag bázisként definiálódik., a meghatározás azt mutatja, hogy leírja a reakciók aprotic oldószereket, például a folyékony N
  2
  4:

  + → +

  Mert az oldószer rendszer meghatározása attól függ, hogy a mennyiségével, valamint az oldószer magát, egy adott mennyiségével lehet sav vagy bázis, attól függően, hogy a választás az oldószer: HClO
  4. egy erős savas vizet, egy gyenge sav ecetsav, gyenge bázis fluorosulfonic sav; ez jellemző az elmélet már láttuk, egyrészt mint erő, gyengeség, mert egyes anyagok (például OLYAN
  3 NH
  3) látták, hogy savas vagy lúgos a saját jogon., Másrészt az oldószerrendszer elméletét kritizálták, hogy túl általános ahhoz, hogy hasznos legyen. Azt is hitték, hogy van valami belső savas a hidrogénvegyületekben,egy olyan tulajdonság, amelyet nem osztanak meg a nem hidrogén sók.

  Lux-Flood definitionEdit

  Ez a sav-bázis elmélet a savak és bázisok oxigénelméletének újjáéledése volt, amelyet Hermann Lux német kémikus javasolt 1939-ben, tovább javítva a Håkon Flood circa 1947-ben, és még mindig használják az olvadt sók modern geokémiájában és elektrokémiájában., Ez a meghatározás egy savat oxidionként (O2−
  ) és bázisként oxidion donorként ír le. Például:

  + → MgCO
  3 + → CaSiO
  3 + → no +
  2 + 2 SO2-
  4

  Ez az elmélet hasznos a nemesgázvegyületek, különösen a xenon-oxidok, fluoridok és oxofluoridok reakcióinak rendszerezésében is.

  Usanovich meghatározásszerkesztés

  Mikhail Usanovich kifejlesztett egy általános elméletet, amely nem korlátozza a savasságot a hidrogéntartalmú vegyületekre, de az 1938-ban közzétett megközelítése még általánosabb volt, mint a Lewis-elmélet., Usanovich elméletét úgy lehet összefoglalni, mint egy savat, mint bármi, ami negatív fajokat fogad el, vagy pozitívokat adományoz, a bázis pedig fordítva. Ez határozta meg a fogalmat a redox (oxidációs-redukciós), mint egy speciális esete, sav–bázis reakciók

  Néhány példa a Usanovich sav–bázis reakciók a következők:

  + → 2 Na+
  + SO2−
  4 (faj cserélt: O2−
  anion) + → 6 NH+
  4 + 2 SbS3−
  4 (faj cserélt: 3 S2−
  anionok) + → 2Na+
  + 2Cl−
  (faj cserélt: 2 elektronok)