Teorije kiselina i baza

Elektroliti i neelektroliti

Supstance koje u rastvoru provode električnu struju su elektroliti. Supstance čiji rastvori ne provode električnu struju su neelektroliti. Elektrolitčka disocijacija je razlaganje supstanci sa polarnom i jonskom vezom sa vodom, pri čemu nastaju pozitivni i negativni joni.

NaCl + H₂O -------> Na⁺ + Cl^- + H₂O

Stepan disocijacije je količnik broja disosovanih i ukupnog broja molekula elektrolita:

α=N/N_u

Stepen disocijacije se menja promenom koncentracije i temperature. Supstance sa stepenom disocijacije većim od 0.3 su jaki, a sa manjim slabi elektroliti.

Korekcioni faktor je količnik ukupnog broja čestica u rastvoru elektrolita u odnosu na rastvvor neelektrolita iste molarnosti:

i=N_e/N_n

Korekcioni faktor utiče direktno proporcionalno na osmotski pritisak, sniženje tačke mržnjenja i povećanje tačke ključanja i na snženje napona pare.

Prozivod rastvorljivosti je proizvod koncentracija jona teško rastvornih jedinjenja u njihovim zaisćenim rastvorima:

Ksp_(KmAn)=[K⁺]^m * [A^-]ⁿ [(mol/dm³)^m+n]

 

Razvoj teorija o kiselinama i bazama

Hemičari su odavno zapazili da kisele supstance imaju neke zajedničke osobine. Lavoazje je mislio da je kiselost uzrokovana kiseonikom. Sintezom HCl sredinom devetnaestog veka ta teorija nije mogla opstati. Prvu značajnu teoriju postavlja Arenijus.

"Kiselina je supstanca koja povećava koncentraciju H⁺ (H₃O⁺) jona u vodi."

"Baza je jedinjenje koje povećava koncentraciju OH^- jona u vodi."

Prema tome kiseline i baze su elektroliti koji disosuju na H⁺ (H₃O)⁺, odnosno OH^- jone u vodi:

HCl + H₂O -------> H₃O⁺ + Cl^-

NaOH + H₂O ----------> Na⁺ + OH^- + H₂O

Međutim ova teorija nije mogla da objasni slučajeve kao što su:>

NH₃ + NH₃NH₄⁺ + NH₂^- (autoprotoliza amonijaka)

Sledeća teorija nastala je početkom XX veka i zove se "Protolitička teorija kiselina i baza" ili "Brenšted-Lorijeva teorija".

"Kiseline u donori, a baze su aceptori protona." Po ovoj teoriji se predviđa postojanje konjugovanog para. Kiselina koja otpusti proton postaje konjugovana baza, a baza koja ga primi, konjugovana kiselina. Ova teorija ima i objašnjenje zašto se neke supstance ponašaju različito u nekim rastvaračima. Tako je i slaba kiselina jaka u amonijaku (slaba baza). Voda se ponaša i kao kiselina i kao baza u zavisnosti od supstance u rastvoru.

NH₃ + H₂O NH₄⁺ + OH^-

baza + kiselina = konjugovana kiselina + konjugovana baza

Ova teorija nije, međutim, mogla da objasni kiselost nekih jedinjenja (BF₃).

Zbog toga je Lewis postavio svoju teoriju. "Kiselina je supstanca koja može biti aceptor, a baza koja može biti donor elektronskog para. Kiseline su supstance koje imaju upražnjenu orbitalu, a baze koje imaju nevezani elektronski par. Veza koja nastaje između kiselina i baza je koordinativna."

 

Konstanta disocijacije, pH skala...

Za kiselo-baznu reakciju (disocijacija kiseline):

k + H₂O H₃O⁺ + a^-,

konstanta disocijacije predstavlja količnik broja disosovanih i broja nedisosovanih čestica:

K_a= [H⁺] * [a^-]/[Ha]

Po analogiji konstanta disocijacije važi i za bazno-kiselu reakciju (disocijacija baze):

K_b= [OH^-]*[k⁺]/[kOH]

Što je veća konstanta disocijacije to je kiselina ili baza jača.

Voda takođe slabo autodisosuje:

2H₂OH₃O⁺ + OH^-

K= [H⁺]*[OH^-]/[H₂O]

Koncentracija H⁺ i OH^- jona uvek je ista (na istoj temperaturi), a njen proizvod, jonski proizvod vode, jeste:

K_w=1*10^-14 mol²/dm⁶

Jačina neke kiseline i baze meri se pH, odnosno pOH skalom.

pH=-log[H+]

pOH=-log[OH-]

PH skala nosi vrednosti od 1 da 14. Voda ima pH vrednost sedam i ona je neutralna. Baze imaju vrednosti veće, a kiseline manje od 7.

Kiselost i baznost neke supstance se može utvrditi pomoću indikatora. Najpoznatiji indikatori su lakmus, fenolftalein, metil-orandž...

 

Soli

Reakcijom između kiselina i baza (neutralizacijom) nastaju soli. Soli su neutralna jedinjenja koja disosuju na jon kiselinskog ostatka i bazni katjon.

HCl + NaOH ------> NaCl + H₂O

Međutim može doći i do nepotpune neutralizacije pa stoga postoje i kisele (NaHCO₃) i bazne soli (Ca(OH)Cl).

Soli slabih kiselina i jakih baza (CH₃COONa) reaguju bazno. Soli jakih kiselina i slabih baza (FeCl₃) reaguju kiselo. Uzrok ovim osobinama jeste disocijacija soli, pri kojoj se zapravo oforme kiseline i baze iz kojih su nastale. Ako kiselina slabije disosuje od baze, javlja se višak OH- jona te rastvor deluje bazno i obratno.Kiselina i baza se mogu odvojiti iz rastvora soli dodavanjem koloidnog faktora.

 

Puferi (odbijači)

Puferi su sistemi koji mogu da onemoguće promene pH. Sastoje se iz slabe kiseline i njene soli (CH₃COOH, CH₃COONa), ili od slabe baze i njene soli(NH₃, NH₄Cl).

Pri dodavanju jake kiseline ili jake baze pufer onemogućuje promenu pH:

CH₃COOH + NaOH -----> CH₃COONa + H₂O

CH₃COONa + HCl -----> CH₃COOH + NaCl

Puferi ipak ne mogu da se odupru izrazito velikim i naglim promenama pH.