Autoprotolízis

Az autoprotolízis egy homofázisos önionizációs folyamat, a protonok egyik semleges folyékony molekulából a másikba való átjutásának reverzibilis folyamata, amelynek eredményeként azonos számú kation és anion képződik.

Az autoprotolízis mint sav-bázis kölcsönhatás

Az autoprotolízis koncepciója a savak és bázisok Brønsted - Lowry protonelméletéből következik . Ebben a savak és bázisok fogalma egyetlen egésszé egyesült, ami a sav-bázis kölcsönhatásban nyilvánult meg. A Brönsted-Lowry sav-bázis kölcsönhatás lényege egy proton átvitele savból bázisba. Ugyanakkor két pár konjugált sav és bázis ( protolitok ) vesz részt bármilyen sav-bázis kölcsönhatásban:

{\mathsf {A1+B2\rightleftarrows A2+B1}}

Azokat az oldószereket, amelyek az oldott anyagok protolitjai, protikus oldószereknek nevezzük . Ezek közé tartozik a víz H 2 O, ammónia NH 3 , hidrogén-fluorid HF, ecetsav CH 3 COOH stb. Valamennyi protikus oldószer fő tulajdonsága a molekuláik autoprotolízisre való képessége: minden protikus oldószer önmagához képest amfolit . 1] .

Az autoprotolízis reakciója általában a következő egyenletnek felel meg:

{\mathsf {2HL\rightleftarrows H_{2}L^{+}+L^{-}}}

Ebben az esetben az úgynevezett lyónium ( oldó kation ) H 2 L + (a H 2 L + / HL konjugált pár sava) és a liat ( oldószer anion ) L - (a HL / L - konjugált pár bázisa ) [ 1] jönnek létre . Tehát víz esetében az autoprotolízis H 3 O + hidroxónium kationok és hidroxidionok, OH - képződésével megy végbe :

{\mathsf {2H_{2}O\rightleftarrows H_{3}O^{+}+OH^{-}}}

Ezt az egyensúlyt víz autoprotolízis egyensúlyának nevezzük .

Az autoprotolízis nemcsak a vízre jellemző, hanem sok más protikus oldószerre is, amelyek molekuláit hidrogénkötések kötik össze , mint például az ammónia , a metanol és a hidrogén-fluorid :

{\mathsf {2NH_{3}\rightleftarrows NH_{4}^{+}+NH_{2}^{-}}}

{\displaystyle {\mathsf {2CH_{3}OH\rightleftarrows CH_{3}OH_{2}^{+}+CH_{3}O^{-))))

{\displaystyle {\mathsf {2HF\rightleftarrows H_{2}F^{+}+F^{-))))

Autoprotolízis állandó

A tömeghatás törvényének alkalmazása az autoprotolízis egyensúlyi homofázisú reakciójára lehetővé teszi egy kvantitatív jellemző - a K S oldószer autoprotolízis állandójának (egyébként iontermékének ) - meghatározását . Az " autoprotolízis állandó " kifejezést általában a protolitikus elméletben használják , az " ionos termék " kifejezést az elektrolitikus disszociáció elméletében [ 2 ] .

A HL protikus oldószerre a megfelelő egyensúlyi állandó felírható:

{\mathsf {K_{c}={\frac {[L^{-}]\cdot [H_{2}L^{+}]}{[HL]^{2))}=const= f(T)}}

A protolízis mértéke nagyon alacsony, ezért a nem protolizált oldószermolekulák [HL] egyensúlyi moláris koncentrációja gyakorlatilag megegyezik ennek az oldószernek a C HL kezdeti koncentrációjával , azaz állandó.

A K c és [HL] 2 konstansokat összevonva egy K c · [HL] 2 konstanssá és jelölve K s , a következő kifejezést kapjuk:

{\mathsf {K_{s}={[L^{-}]\cdot [H_{2}L^{+}]}=const=f(T)))

A Ks érték, az autoprotolízis állandó vagy az oldószer ionos terméke egy adott oldószer autoprotolízis reakciójának kvantitatív jellemzője. Az autoprotolízis állandó egy adott hőmérséklet és oldószer állandó értéke .

Például az ecetsav esetében:

{\mathsf {2CH_{3}COOH\rightleftarrows CH_{3}COOH_{2}^{+}+CH_{3}COO^{-};\ \ \ K_{s}=2,5\cdot 10^{-13},20^{o}C}}

Mivel az autoprotolízis állandók értékei nagyon kicsik, a gyakorlatban a kényelem kedvéért egy értéket használnak, amelyet " autoprotolízis állandó indexnek " neveznek. Kiszámítása az autoprotolízis állandó negatív decimális logaritmusaként történik:

{\displaystyle {\mathsf {pK_{s}=-lgK_{s))))

Egyes oldószerek autoprotolízis állandóinak mutatóit a [3] táblázat tartalmazza .

Oldószer	pKs_ _
Dimetil szulfoxid	33.3
Ammónia (folyékony)	32.5
Acetonitril	32.2
Metil-etil-keton	25.7
Hidrazin	24.7
terc-butil-alkohol	22.8
Izoamil-alkohol	21.4
Aceton (enol formában)	21.1
Ecetsav (vízmentes)	12.6
Víz	14.0
Hidrogén-fluorid	10.0
Hangyasav	6.30
Kénsav	5.0

A víz autoprotolízise

A legfontosabb a víz autoprotolízise. A víz autoprotolízis-állandóját általában a víz iontermékének nevezik , és jelölése: . Az ionos termék számszerűen egyenlő a hidrogénionok és a hidroxid-anionok egyensúlyi koncentrációjának szorzatával. Általában egyszerűsített jelölést használnak: ${\displaystyle K_{w))$

{\mathsf {K_{w}=[H^{+}]\cdot [OH^{-}]}}

Normál körülmények között a víz ionos terméke 10-14 . Nem csak a tiszta víz, hanem az anyagok híg vizes oldatai esetében is állandó. A víz autoprotolízise megmagyarázza, hogy a tiszta víz, bár rossz, miért vezeti az elektromosságot.

A víz ionos terméke, a pH- érték és a sóhidrolízis állandó, a szolvatációs állandó ( oldhatósági szorzat ) alapján számítják ki - az elektrolitoldatokban zajló egyensúlyi folyamatok legfontosabb jellemzőit.

Irodalom

Ugay Ya. A. Általános és szervetlen kémia. - Moszkva: Felsőiskola, 1997. - 527 p.
Akhmetov N.S. Általános és szervetlen kémia. - Moszkva: Higher School, 2001. - S. 209. - 743 p. — ISBN 5-06-003363-5 .

Lásd még

Jegyzetek

↑ 1 2 Protikus oldószerek és autoprotolízisük Archiválva : 2011. június 19., a Wayback Machine / Protolytic equilibrias. Szerzők: prof. R. A. Lidin, prof. L. Yu. Alikberova. Főszerkesztőség alatt prof. B. D. Stepina. Eszközkészlet. - M., MITHT, 2001
↑ Autoprotolízis állandó (ionos termék) A Wayback Machine 2011. október 2-i archív példánya / Zhukov S. T. Chemistry. 10-11 óra.
↑ Egyes nemvizes oldószerek autoprotolízis állandóinak pK s és ε permittivitásának mutatói . - referencia táblázat. Letöltve: 2011. augusztus 28. Az eredetiből archiválva : 2013. január 19.. (Orosz)

Szótárak és enciklopédiák	Britannica (online)