Теория кислот и оснований

С позиции теории электролитической диссоциации Аррениуса, кислотами называют электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы Н⁺. По числу атомов водорода, способных отщепляться в результате диссоциации или к замещению на атомы металлов, кислоты делят на одноосновные (НС1, НМ0₃), двухосновные (H₂S0₃), трехосновные (Н₃Р0₄) и т. д. Подобно другим электролитам кислоты делят на слабые и сильные.

Основаниями называют электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только ионы гидроксида. Но числу гидроксид-ионов основания делят на однокислотные — NaOH; двухкислотные — Ва (ОН)₂; трехкислотные — А1(ОН)₃ и т. д. Основания, образованные катионами щелочных и щелочноземельных металлов, как правило, хорошо растворимы в воде. Их называют щелочами. Большинство же оснований в воде малорастворимо.

Более полной теорией кислот и оснований является протолитическая теория Н. Брёнстеда^[1] и Т. Лоури^[2].

Согласно этой теории (1923), основанной на переносе протона в ходе кислотно-основного взаимодействия, кислотой называется вещество, выступающее в роли донора протонов, т. е. отдающее протон при ионизации или в ходе химической реакции, а основанием — вещество, способное присоединить протон (акцептор протона). С позиции этой теории, две частицы (молекулы или ионы), отличающиеся на один протон, составляют так называемую сопряженную кислотно-основную пару, находящуюся в равновесии:

Сопряженная кислота ^ Сопряженное основание + Н⁺

В рамках теории Брёнстеда — Лоури вода может рассматриваться и как кислота, и как основание. Например, во взаимодействии с уксусной кислотой вода проявляет свойства основания, а с аммиаком — свойства кислоты:

СН₃СООН + Н₂0 (основание) ^ СН₃СОСГ + Н₃0⁺ (сопряженная кислота).

NH_3(aq) + Н₂0_(ж) (кислота) <=* NH ₄(_aq) + OH^_aq) (сопряженное основание) Поскольку в одних случаях вода отдает протон, в других — принимает его, ее еще называют амфипротонным растворителем.

Молекулы или ионы, способные проявлять и кислотные, и основные свойства, называют амфолитами.

Теорию, в которой понятия «кислота» и «основание» имеют более широкий смысл, сформулировал Г. Н. Лыоис^[3] (1938).

Согласно теории Льюиса кислота — это частица (нейтральная молекула, атом или ион), обладающая вакантной орбиталью и способная образовывать ковалентную связь, принимая электронную пару. Основание — это частица, обладающая неподеленной электронной парой и способная образовывать ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму:

• [1] Йоханнес-Пиколаус Брёнстед (1879—1947) — датский химик, один из авторов протоли-тической (протонной) теории кислот и оснований (предложил одновременно и независимоот Томаса Лоури), развивал теорию кислотно-основного катализа. Основные научные работы Брёнстеда посвящены химической кинетике, катализу и теории растворов.
• [2] Томас Мартин Лоури (1874—1936) — британский химик. Основные научные работы посвящены изучению оптической активности органических соединений.
• [3] Гилберт Пыотон Лыоис (1875 — 1946) — выдающийся американский физико-химик.Основные научные работы — в области химической термодинамики, фотохимии, химии изотопов, ядерной физики. Предложил новую формулировку третьего начала термодинамики. Предложил и развил (1912—1916) электронную теорию химической связи, впервые объяснил ионную и гомеополярную связи, разработал методы расчета свободных энергий химических реакций.