Кислоты и основания

Изучив материал, изложенный в главе 14, обучающийся должен: знать

• • теории кислот и оснований;
• • кислотные свойства аквакомплексов, ионное произведение воды, водородный показатель, действие индикаторов, реакции нейтрализации и гидролиза;

уметь

• • объяснить относительную силу кислот;
• • вычислять pH растворов и степень гидролиза солей в растворах; владеть
• • представлениями о pH как характеристике кислотно-основных свойств растворов;
• • представлениями о причинах гидролиза солей.

Теория кислот и оснований Аррениуса

Кислоты и основания известны еще со времен алхимии. Их свойства также хорошо известны: кислоты способны растворять многие металлы и их оксиды, менять цвет органических красителей (индикаторов), обладают каталитической активностью по отношению к ряду реакций в растворах, растворы кислот имеют кислый вкус. В свою очередь основания способны нейтрализовать действие кислот, их растворы на ощупь мыльные.

Первая серьезная и последовательная попытка создания теории кислот и оснований принадлежит Аррениусу и составляет часть его теории электролитической диссоциации.

Согласно Аррениусу имеем следующие определения.

• Кислоты — это водородсодержащие соединения, дающие в водном растворе ионы водорода, а основания — гидроксидсодержащие соединения, образующие в водном растворе гидроксид-ионы.

Вещества, дающие в зависимости от условий в водных растворах ионы Н* и ОН, были названы амфотерными.

Соответственно, константы диссоциации кислот К_п и оснований К_ь представляют собой количественную меру кислотности или основности соединений. Реакция между кислотой (НА) и основанием (ВОН), или реакция нейтрализации, приводит к образованию соли (ВА) и воды:

Например

Подход Аррениуса широко используется и в настоящее время, хотя он ограничен только водными растворами и только гидроксидсодержащими основаниями. Ряд оснований, в частности такое хорошо известное и широко применяемое, как аммиак, не подходят под определение Аррениуса.

Протонная теория кислот и оснований

Ограничения теории Аррениуса были преодолены в теории, которая связала кислотно-основные свойства с отношением вещества к протону.

По протонной теории кислот и оснований Бренстеда и Лоури имеем следующие определения.

• Кислота — это вещество, стремящееся отдать протоны, т. е. донор протонов. Основание — вещество, стремящееся присоединить протоны, — акцептор протонов.

Кислота, отдавая протон, превращается в сопряженное ей основание, например

Взятые поодиночке, скажем, в газовой фазе, такие процессы явно невыгодны, но они возможны в растворах. В этом случае растворитель не только сольватирует образующиеся ионы, но сам может выступать как донор или акцептор протонов, т. е. как кислота или основание. Вода как растворитель отличается амфотерноетъю, она способна проявлять как кислотные, так и основные свойства в зависимости от кислотно-основных свойств растворенного вещества. В присутствии кислоты молекула воды принимает протон, т. е. играет роль основания, например:

В растворе основания, например

вода выступает в роли кислоты, которой сопряжено основание ОН .

Таким образом, в водном растворе кислоты или основания всегда присутствуют две сопряженные пары кислот — оснований.

Согласно протонной теории в сопряженной паре кислота — основание всегда сильному донору протонов сопутствует слабый акцептор, и наоборот. Чем сильнее кислота, тем слабее сопряженное ей основание.

В частности, сильной кислоте НС1 сопряжено слабое основание С1: Соответственно, соляная кислота диссоциирует практически полностью.

Слабой кислоте HCN сопряжено сильное основание CN, и равновесие диссоциации синильной кислоты смещено влево.