Historisk utvecklingRedigera

konceptet med en syrabasreaktion föreslogs först 1754 av Guillaume-François Rouelle, som introducerade ordet ”bas” i kemi för att betyda ett ämne som reagerar med en syra för att ge den fast form (som ett salt).

Lavoisiers syreteori för acidsEdit

det första vetenskapliga begreppet syror och baser tillhandahölls av Lavoisier i omkring 1776., Sedan Lavoisier kunskap om starka syror var i huvudsak begränsad till oxoacids, såsom HNO
3 (salpetersyra) och H
2SO
4 (svavelsyra), som tenderar att innehålla centrala atomer i hög oxidationstillstånd omgiven av syre, och eftersom han inte var medveten om den verkliga sammansättningen av hydrohalic syror (HF, HCl, HBr, och HI), han definierade syror i termer av att de innehåller syre, som han i själva verket heter från grekiska ord som betyder ”syra-tidigare” (från grekiska οξυς (oxys), som betyder ”syra” eller ”skarp” och γεινομαι (geinomai), som betyder ”att skapa”)., Lavoisier definition hölls i över 30 år, fram till 1810 artikeln och efterföljande föreläsningar av Sir Humphry Davy där han visade bristen på syre i H
2S, H2Te och hydrohalsyra. Davy misslyckades dock med att utveckla en ny teori och drog slutsatsen att”surhet beror inte på någon speciell elementär substans, utan på ett märkligt arrangemang av olika ämnen”. En anmärkningsvärd modifiering av syreteori tillhandahölls av Jöns Jacob Berzelius, som uppgav att syror är oxider av nonmetals medan baser är oxider av metaller.,1838 föreslog Justus von Liebig att en syra är en väte-innehållande förening vars väte kan ersättas av en metall. Denna omdefiniering baserades på hans omfattande arbete med den kemiska sammansättningen av organiska syror och avslutade doktrinskiftet från syrebaserade syror till vätebaserade syror som startades av Davy. Liebigs definition, medan den var helt empirisk, användes i nästan 50 år fram till antagandet av Arrhenius-definitionen.,

Arrhenius definitionEdit

den första moderna definitionen av syror och baser i molekylära termer utformades av Svante Arrhenius. År 1903 fick Arrhenius Nobelpriset i kemi.

enligt definitionen av Arrhenius:

• en Arrheniussyra är ett ämne som dissocierar i vatten för att bilda vätejoner (H+); det vill säga en syra ökar koncentrationen av H+ – joner i en vattenhaltig lösning.,

Detta orsakar protonation av vatten, eller skapandet av hydronium (H3O+) jon. I modern tid tolkas symbolen H+ som en stenografi för H3O+, eftersom det nu är känt att en bar proton inte existerar som en fri art i vattenlösning.

• en Arrheniusbas är en substans som dissocierar i vatten för att bilda hydroxid (OH−) joner; det vill säga en bas ökar koncentrationen av OH− joner i en vattenlösning.,”

Arrheniusdefinitionerna av surhet och alkalinitet är begränsade till vattenhaltiga lösningar och hänvisar till koncentrationen av lösningsmedelsjonerna. Enligt denna definition är ren H2SO4 och HCl upplöst i toluen inte sura, och smält NaOH och lösningar av kalciumamid i flytande ammoniak är inte alkaliska. Detta ledde till utvecklingen av Brønsted-Lowry-teorin och efterföljande Lewis-teorin för att redogöra för dessa icke-vattenhaltiga undantag.,

för att betraktas som en Arrheniussyra måste kemikalien vid introduktion till vatten antingen direkt eller på annat sätt orsaka:

• en ökning av den vattenhaltiga hydroniumkoncentrationen, eller
• en minskning av den vattenhaltiga hydroxidkoncentrationen.

omvänt, för att kvalificera sig som en Arrheniusbas, måste kemikalien vid introduktion till vatten antingen orsaka, direkt eller på annat sätt:

• en minskning av den vattenhaltiga hydroniumkoncentrationen, eller
• en ökning av den vattenhaltiga hydroxidkoncentrationen.,

reaktionen av en syra med en bas kallas en neutraliseringsreaktion. Produkterna av denna reaktion är ett salt och vatten.

syra + bas → salt + vatten

i denna traditionella representation formuleras en syra–bas-neutraliseringsreaktion som en dubbel-ersättningsreaktion. Till exempel producerar reaktionen av saltsyra, HCl, med natriumhydroxid, NaOH, lösningar en lösning av natriumklorid, NaCl och några ytterligare vattenmolekyler.,

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O

modifieraren (aq) i denna ekvation var underförstådd av Arrhenius, snarare än uttryckligen inkluderad. Det indikerar att ämnena löses i vatten. Även om alla tre ämnen, HCl, NaOH och NaCl kan existera som rena föreningar, är de i vattenhaltiga lösningar helt dissocierade i de akvaterade jonerna H+, Cl−, Na+ och OH−.,

Brønsted–Lowry definitionEdit

Johannes Nicolaus Brønsted och Thomas Martin Lowry

Brønsted–Lowry definition, formulerad i 1923, oberoende av Johannes Nicolaus Brønsted i Danmark och Martin Lowry i England, är baserad på idén om protonation av baser genom deprotonation av fettsyror – som är, möjligheten för syror som kan ”donera” – vätejoner (H+)—annars känd som protoner till baser, som ”acceptera” dem.,

en syrabasreaktion är sålunda avlägsnandet av en vätejon från syran och dess tillsats till basen. Avlägsnandet av en vätejon från en syra producerar sin konjugatbas, vilken är syran med en vätejon borttagen. Mottagandet av en proton med en bas producerar sin konjugatsyra, som är basen med en vätejon tillsatt.

Till skillnad från de tidigare definitionerna hänvisar Brønsted–Lowry-definitionen inte till bildandet av salt och lösningsmedel, utan istället till bildandet av konjugatsyror och konjugatbaser, som produceras genom överföring av en proton från syran till basen., I detta tillvägagångssätt är syror och baser fundamentalt olika i beteende från salter, som ses som elektrolyter, med förbehåll för teorierna Debye, Onsager och andra. En syra och en bas reagerar inte för att producera ett salt och ett lösningsmedel, men för att bilda en ny syra och en ny bas. Begreppet neutralisering är således frånvarande. Brønsted–Lowry syra–bas beteende är formellt oberoende av eventuella lösningsmedel, vilket gör det mer allomfattande än Arrhenius modell. Beräkningen av pH enligt Arrhenius-modellen berodde på alkalier (baser) som upplöstes i vatten (vattenlösning)., Brønsted-Lowry-modellen utvidgade vad som kunde testas pH med olösliga och lösliga lösningar (gas, vätska, fast).

den allmänna formeln för syrabasreaktioner enligt Brønsted-Lowry-definitionen är:

HA + b → BH + a –

där ha representerar syran, B representerar basen, BH+ representerar konjugatsyran av B och A-representerar den konjugerade basen av HA.,

till exempel skulle en Brønsted-Lowry− modell för dissociation av saltsyra (HCl) i vattenlösning vara följande:

HCl + H2O H3O+ + Cl−

avlägsnandet av H+ från HCl ger kloridjon, Cl -, syrans konjugatbas. Tillsatsen av H + till H2O (som fungerar som bas) bildar hydroniumjon, H3O+, basens konjugatsyra.

vatten är amfoteriskt—det vill säga det kan fungera som både en syra och en bas., Brønsted-Lowry-modellen förklarar detta och visar dissociationen av vatten i låga koncentrationer av hydronium och hydroxidjoner:

H2O + H2O+ + OH –

denna ekvation visas i bilden nedan:

här fungerar en molekyl vatten som en syra, donerar en H+ och bildar den konjugerade basen, OH− och en andra molekyl av vatten fungerar som en bas, accepterar H+ Jonen och bildar konjugatsyran, H3O+.

som ett exempel på vatten som fungerar som en syra, överväga en vattenhaltig lösning av pyridin, C5H5N.,

C5H5N + H2O + + OH –

i detta exempel delas en vattenmolekyl i en vätejon, som doneras till en pyridinmolekyl och en hydroxidjon.

i Brønsted-Lowry-modellen behöver lösningsmedlet inte nödvändigtvis vara vatten, vilket krävs enligt Arrhenius syra-basmodellen. Tänk till exempel på vad som händer när ättiksyra, CH3COOH, löses upp i flytande ammoniak.

CH
3COOH + NH
3 NH+
4 + CH
3COO –

en h+ Jon avlägsnas från ättiksyra, bildar dess konjugatbas, acetatjon, CH3COO−., Tillsatsen av en h + Jon till en ammoniakmolekyl av lösningsmedlet skapar dess konjugatsyra, ammoniumjon, NH +

Brønsted–Lowry-modellen kallar väteinnehållande ämnen (som HCl) syror. Således utesluts vissa ämnen, som många kemister ansåg vara syror, såsom SO3 eller BCl3, från denna klassificering på grund av brist på väte. Gilbert N., Lewis skrev 1938, ” att begränsa gruppen av syror till de ämnen som innehåller väte stör lika allvarligt med den systematiska förståelsen av kemi som skulle begränsningen av termen oxidationsmedel till ämnen som innehåller syre.”Dessutom anses KOH och KNH2 inte som Brønsted baser, utan snarare salter som innehåller baserna OH− och NH−

Lewis definitionEdit

vätekravet för Arrhenius och Brønsted–Lowry avlägsnades genom Lewis definition av syrabasreaktioner, utarbetad av Gilbert N., Lewis 1923, samma år som Brønsted–Lowry, men det utarbetades inte av honom förrän 1938. I stället för att definiera syra–basreaktioner i form av protoner eller andra bundna ämnen, definierar Lewis definitionen en bas (kallad Lewis base) för att vara en förening som kan donera ett elektronpar och en syra (en Lewis syra) för att vara en förening som kan ta emot detta elektronpar.

till exempel är bortrifluorid, BF3 en typisk Lewis-syra. Det kan acceptera ett par elektroner eftersom det har en ledig tjänst i sin oktett. Fluoridjonen har en full oktett och kan donera ett par elektroner., Således är

BF3 + f− → BF−
4

en typisk Lewis syra, Lewis basreaktion. Alla föreningar av Grupp 13-element med en formel AX3 kan uppträda som Lewis-syror. På samma sätt kan föreningar av Grupp 15-element med en formel DY3, såsom aminer, NR3 och fosfiner, PR3, uppträda som Lewis-baser. Addukter mellan dem har formeln X3A DY3 med en dativ kovalent bindning, som visas symboliskt som paraceptor, mellan atomerna a (acceptor) och D (givare). Föreningar av grupp 16 med en formel DX2 kan också fungera som Lewis-baser; på detta sätt kan en förening som en eter, R2O eller en tioether, R2S, fungera som en Lewis-bas., Lewis definition är inte begränsad till dessa exempel. Till exempel fungerar kolmonoxid som en Lewis-bas när den bildar en addukt med bortrifluorid, av formel F3B.

addukter som involverar metalljoner kallas samordningsföreningar; varje ligand donerar ett par elektroner till metalljonen., Reaktionen

+ + 2NH3 → + + 4H2O

kan ses som en syrabasreaktion där en starkare bas (ammoniak) ersätter en svagare (vatten)

Lewis och Brønsted–Lågry definitionerna överensstämmer med varandra eftersom reaktionen

h+ + + OH− ör H2o

är en syrabasreaktion i båda teorierna.

Solvent system definitionEdit

en av begränsningarna i Arrhenius-definitionen är dess beroende av vattenlösningar. Edward Curtis Franklin studerade syrabasreaktionerna i flytande ammoniak 1905 och påpekade likheterna med den vattenbaserade Arrhenius-teorin. Albert F.,O. Germann, som arbetar med flytande fosgen, cocl
2, formulerade lösningsmedelsbaserad teori 1925 och generaliserade därmed Arrhenius-definitionen för att täcka aprotiska lösningsmedel.

Germann påpekade att det i många lösningar finns joner i jämvikt med de neutrala lösningsmedelsmolekylerna:

• solvoniumjoner: ett generiskt namn för positiva joner. (Termen solvonium har ersatt den äldre termen lyoniumjoner: positiva joner som bildas genom protonation av lösningsmedelsmolekyler.)
• solvate joner: ett generiskt namn för negativa joner., (Termen solvat har ersatt den äldre termen lyatjoner: negativa joner som bildas genom deprotonation av lösningsmedelsmolekyler.,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., En lösning som orsakar en ökning av koncentrationen av solvatjoner och en minskning av koncentrationen av solvoniumjoner definieras som en bas., definitionen visar att beskriva reaktionerna i aprotiska lösningsmedel; till exempel i flytande n
  2O
  4:

  + → +

  eftersom lösningsmedelssystemets definition beror på lösningsmedlet såväl som på lösningsmedlet i sig, kan en viss lösning vara antingen en syra eller en bas beroende på lösningsmedlets val: HClO
  4 är en stark syra i vatten, en svag syra i ättiksyra och en svag bas i fluorosulfonsyra; denna egenskap av teorin har betraktats som både en styrka och en svaghet, eftersom vissa ämnen (t.ex.
  3 och nh
  3) har setts vara sura eller grundläggande på egen hand., Å andra sidan har lösningsmedelssystemteori kritiserats för att vara för generell för att vara användbar. Man har också trott att det finns något inneboende surt om väteföreningar, en egenskap som inte delas av icke-hydrogena solvoniumsalter.

  Lux–Flood definitionEdit

  denna syrabasteori var en återupplivning av syreteori av syror och baser, föreslagen av tysk kemist Hermann Lux 1939, ytterligare förbättrad av Håkon Flood circa 1947 och används fortfarande i modern geokemi och elektrokemi av smälta salter., Denna definition beskriver en syra som en oxidjon (O2−
  ) acceptor och en bas som en oxidjondonator. Till exempel:

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

  denna teori är också användbar vid systematisering av reaktionerna av ädelgasföreningar, särskilt xenonoxiderna, fluoriderna och oxofluoriderna.

  usanovich definitionEdit

  Mikhail Usanovich utvecklade en allmän teori som inte begränsar surheten till vätehaltiga föreningar, men hans tillvägagångssätt, publicerat 1938, var ännu mer allmänt än Lewis-teorin., Usanovichs teori kan sammanfattas som att definiera en syra som något som accepterar negativa arter eller donerar positiva och en bas som omvänd. Detta definierade begreppet redox (oxidationsreducering) som ett speciellt fall av syrabasreaktioner

  några exempel på Usanovich syrabasreaktioner inkluderar:

  + → 2 Na+
  + SO2-
  4 (Art utbytt: O2–
  anion) + → 6 NH+
  4 + 2 SbS3–
  4 (Art utbytt: 3 s2−
  anions) + → 2na+
  + 2Cl−
  (Art utbytt: 2 elektroner)