Современные представления о кислотах и основаниях

В последние годы в аналитической практике широко используется метод кислотно-основного титрования в неводных средах как разновидность классической титриметрии.

Этот метод имеет определенные преимущества перед титрованием в водных средах и поэтому включен в ГФ X.

В настоящее время доказано, что кислоты и основания с присущими им характерными свойствами существуют не только в водных растворах, в которых имеются ионы водорода и гидроксила, но и в неводных растворах, где этих ионов нет. Поэтому к неводным растворам прежние определения кислот и оснований как электролитов, диссоциирующих с образованием ионов водорода и ионов гидроксила, не подходят.

Доказано, что свободные ионы водорода отсутствуют даже в водных растворах. Они гидратированы. При электролитической диссоциации кислот в неводных растворах образуются разнообразные сольватированные ионы водорода. В воде -ионы образуют -ионы (гидроксония), в среде аммиака они образуют (аммония), в растворе пиридина — -ионы (пиридиния) и т. д.

Сольватированные молекулами растворителя ионы водорода (протоны) называют ионами лиония, а анионы, образующиеся при ионизации растворителя, — ионами лиата:

где–H₃O⁺ ион лиония, OH^-- ион лиата, - ион лиония, - ион лиата.[1]

Теория сольвосистем.

В жидком аммиаке амид калия ведет себя так, как едкое кали КОН в водном растворе, т. е. является сильным основанием. Это доказывается тем, что указанный раствор по отношению к фенолфталеину оказывается щелочным, нейтрализует кислоты и обладает высокой электропроводностью.

Хлорид аммония в растворе жидкого аммиака ведет себя так, как хлористый водород в воде, т. е. является сильной кислотой. Это доказывается тем, что указанный раствор нейтрализует основания и обладает высокой электропроводностью.

Следовательно, основные и кислые свойства присущи не только соединениям, характеризующимся наличием гидроксильных групп и свободных ионов водорода.

Проявление кислых и основных свойств, не являющихся кислотами или основаниями в общепринятом смысле, наблюдается во многих растворителях, как содержащих водород, так и не содержащих его, например, жидких HF, H₂S, SO₂, CH₃COOH и другие.

Некоторые реакции нейтрализации кислот и оснований в среде различных растворителей сопровождаются образованием молекул данного растворителя:

а) в водном растворе:

HCl(кислота) + NaOH(основание) NaCl(соль) + H₂O(растворитель)

б) в среде жидкого аммиака:

NH₄Cl(кислота) + KNH₂(основание) KCl(соль) + 2NH₃(растворитель)

в) в среде безводной уксусной кислоты:

HClO₄(кислота) + CH₃COONa(ос-ние) NaClO₄(соль) + CH₃COOH(раст-ль)

и т. д.

Это общее начало — образование в процессе нейтрализации соли и молекул растворителя — объединяет взгляды многих сторонников так называемой теории сольвосистем. Согласно этой теории, между реакциями аквосоединений в воде и соединениями в других растворителях имеется большое сходство.

Кислоты и основания с точки зрения теории сольвосистем. Согласно теории сольвосистем, кислотами и основаниями являются химические соединения, образующие катионы и анионы, идентичные с катионами и анионами данного растворителя.

К недостаткам этой теории можно отнести то, что она не объясняет существования типичных кислот и оснований в растворах неионизирующих растворителей.[3]

Теория Бренстеда-Лоури

Согласно теории Бренстеда—Лоури, придерживающихся того взгляда, что свойства кислот и оснований объясняются их составом, кислотами являются химические соединения, способные отдавать протоны (доноры протонов); основаниями — вещества, способные присоединять протоны (акцепторы протонов).[1]

С этой точки зрения общим для всех кислот является наличие в их составе водорода. Кислотами могут быть электронейтральные молекулы, катионы и анионы. Например:

CH₃COOH ® Н⁺ + СН₃СОО^-