Teorie kyselin a zásad

 

V roce 1887 vytvořil Arhenius teorii elektrolytické disociace, označoval jako kyseliny takové elektrolyty, které odštěpují vodíkový kation H⁺ a jako zásady elektrolyty, které odštěpují hydroxidový anion OH^-. Tato definice vyhovuje jen pro vodné roztoky. Protože studium chemických reakcí a jejich využití není omezeno jen na vodné roztoky, je výhodnější vycházet z obec­nější teorie, platné pro všechna rozpouštědla. Takovou teorii vypracovali roku 1923 nezávisle Brönsted a Lowry.

Podle této teorie označujeme jako kyselinu takovou sloučeninu, která je schopna odštěpit proton (H⁺), a jako zásadu takovou sloučeninu, která je schopna proton vázat. Ztrátou protonu, vzniká z kyseliny zásada:

 

kyselina ¬¾® zásada + H⁺

 

Sloučením zásady s protonem vzniká opět kyselina. Takové dvě sloučeniny, které se liší o jeden proton, se nazývají konjugovaná kyselina a zásada. Kyselinou a zásadou, jinak protolytem, mohou být podle Brönstedovy a Lowryho teorie nejen elektroneutrální molekuly, ale i kationty a anionty. Sloučeniny, které se někdy chovají jako kyselina, jindy jako zásada (např. HCO₃^-, NH₃) se nazývají amfolyty.

 

Páry konjugovaných kyselin a zásad

 

Kyselina ¬¾®	Zásada
HB ¬¾®	B- +H+
HCl ¬¾®	Cl- +H+
CH3COOH2+ ¬¾® acetoxoniový ion	CH3COOH + H+
H30+ ¬¾® hydroxoniový ion	H2O + H+
Al(OH2)63+ ¬¾®	Al(OH2)5OH2+ + H+
H2CO3 ¬¾®	HCO3- + H+
HCO3- ¬¾®	CO22- + H+
NH4+ ¬¾®	NH3 + H+
C2H5OH ¬¾®	C2H5O- + H+
NH3 ¬¾®	NH2- + H+

 

Proton, podobně jako elektron, se v roztoku prakticky nemůže vyskytovat ve volném stavu a odštěpí se jen tehdy, je-li přítomna zásada, která by ho mohla vázat. Reakční směs se tedy skládá ze dvou párů konjugovaných kyselin a zásad. Reakci tohoto typu nazýváme obecně protolýzou (protolytickou reakcí).

 

Sílu kyseliny posuzujeme podle toho, jak snadno se z ní odštěpí proton, sílu zásady podle toho, jak snadno proton váže. Síla kyseliny (i zásady) závisí na vlastnostech rozpouštědla, hlavně na tom, jak silným donorem nebo akceptorem protonů je rozpouštědlo (tj. jak snadno rozpouštědlo protony poskytuje nebo váže, tedy jak silnou je kyselinou nebo zásadou).

 

Podle toho dělíme rozpouštědla na několik skupin:

Aprotická rozpouštědla - nechovají se ani jako kyselina ani jako zásada, mají malou dielektrickou konstantu, takže v nich kyseliny ani zásady nedisociují.

Protofilní (zásaditá) rozpouštědla - zvětšují sílu kyselin.

Amfiprotní rozpouštědla - mají jak kyselé tak zásadité vlastnosti. Význačnou vlastností těchto rozpouštědel je, že podléhají autoprotolýze, tj. reakci, při níž ze dvou molekul rozpouštědla vzniká kyselina a zásada.

 

Tabulka uvádí přehled některých důležitých rozpouštědel roztříděných do těchto skupin. V jednotlivých skupinách jsou rozpouštědla s velkou i malou dielektrickou konstantou. Mezi amfiprotními rozpouštědly jsou některá s převážně kyselými vlastnostmi (kyselina sírová, octová), jiná s převážně zásaditými vlastnostmi (amoniak).

 

Rozdělení rozpouštědel podle Brönstedovy teorie

 

Skupina rozpouštědel	Rozpouštědlo	Dielektrická konstanta
Aprotická	benzen C6H6 chlorbenzen C6H5Cl tetrachlormetan CCl4	2,3 5,8 2,6
Protofilní	éter (C2H5)2O dioxan C4H8O2	4,3 2,2
Amfiprotní	voda H2O metanol CH3OH pentanol C5H11OH kyselina sírová H2SO4 kyselina octová CH3COOH amoniak NH3 pyridin C5H5N	81,0 31,0 5,7 84,0 6,4 17,0 12,0

 

Nepolární rozpouštědla

Molekuly rozpouštědel, jako jsou n-pentan, n-hexan, benzen, tetrachlormetan apod., jsou uspořádány tak, že centra kladných i záporných nábojů v molekule se kryjí. Výsledkem je nepolární sloučenina, jejíž molekuly jsou navzájem poutány jen slabými van der Waalsovými silami.

 

Polární rozpouštědla

Elektrické náboje v molekulách polárních rozpouštědel nejsou rozděleny souměrně, každá molekula má kladný a záporný pól a tvoří tzv. dipól. Dipólová povaha jednotlivých molekul rozpouštědla se výrazně projevuje v jeho vlastnostech a má vliv i na částice rozpuštěných látek. Kvantitativně lze charakterizovat buď jednotlivé molekuly polárních látek dipólovým momentem, nebo látku jako celek dielektrickou konstantou, což je z hlediska rozpouštění látek v polárních rozpouštědlech významnější.

 

 

Jaroslava Vávrová

.