Протолиттік теория тұрғысынан қышқыл мен негізге анықтама

Тақырыбы: Протолиттік теория тұрғысынан қышқыл мен негізге анықтама

Қышқыл дегеніміз — сутегі ионынан және қышқыл қалдығынан тұратын күрделі қосылыс.

Қышқыл дегеніміз— элекролиттік диссоциация процесі кезінде тек сутегі ионына ғана диссоциацияланатын электролит. Мысалы:

HCI H⁺ +CI^—

H₂SO₄ 2H⁺ + SO₄^2-

H ₃PO₄ 3H⁺ + PO₄^3-

H₂ZnO₂2H⁺ + ZnO₂^2- 

Қышқылдардың аталуы:

1. Оттекті қышқылдарда ең бірінші бейметаллдардың аты, содан кейін қышқыл.
2. Оттегісіз қышқылдарда ең бірінші қышқыл қалдығының аты, содан кейін қышқыл деген сөз .
   1. Қышқылдар суда ерігіштігіне байланысты екіге бөлінеді.

А суда еритін

Б суда ерімейтін

1. Қышқылдар

А. Тұз түзетін

Б. Тұз түзбейтін болып бөлінеді.

3. Құрамындағы сутегі атомының санына байланысты : А. Бірнегізді: HCI, HNO₃.

Б. Екінегнізді: H₂SO_4, H₂СO₃.

В. Үшнегізді: H ₃PO₄, H₂CrO₃

4. Қышқылдар:

А. Оттекті қышқылдар

Б. Оттексіз болып бөлінеді.

Оттекті қышқылдарға құрамында оттегі бар қышқылдар жатады:

H₂SiO₃, H₂SO_3, HNO₃.

Оттексіз қышқылдардың құрамы тек сутегі атомынан және қышқыл қалдығынан тұрады. Оларға негізінен галогендердің қышқылдары  жатады:

HCI, HBr, HI ,HF , H₂S.

Қышқылдардың алыну жолдары:

1. Қышқылдық оксидтердің сумен реакциясы:

P ₂O₅ + 3 H₂O2 H ₃PO_4,

СO₂ + H₂O H₂СO₃.

Суда жақсы еритін қышқылдық оксидтер сол қышқылдардың ангидриді деп аталады.

2. Оттексіз қышқылдар сутегі атомымен галогендердің тікелей қосылуы арқылы алынады.

H₂ +CI₂2 HCI

H₂+Br₂2 HBr

3.Алмасу реакциясы арқылы оксиді суда ерімейтін қышқыл алу.

SiO₂ H₂SiO₃

Суда ерімейтін оксидтердің қышқылын алу үшін сол қышқылдардың суда жақсы еритін тұзына күшті қышқылының біреуімен әсер ету керек.

Nа₂ SiO₃+2 HCI=H₂SiO₃+ 2NаCI

Қышқылдардың ішінде тотығу тотықсыздану реакциясы арқылы өндірісте H₂SO₄ алынады.

2FеS₂+11О₂2Fе₂О₃+8О₂₊Q

2 SO₂ + О₂ 2 SO₃

SO₃+ H₂O H₂SO₄

FеS₂+ SO₂ SO₃   H₂SO₄

Химиялық қасиеттері.

1. Қышқылдар металлдармен реакцияға түседі. Егер ол металлдың активті қатарында сутегіге дейін орналасса, онда сутегі бөлінеді.

Fе+ H₂SO₄ Fе SO₄+ H₂

Сu + 2H₂SO₄ (конц)= СuSO₄+ SO₂ +2H₂O

2. Қышқылдар негіздік оксидтермен әрекеттесіп, тұз және су түзеді.

H₂SO₄+ СаO= Са SO₄+ H₂O

3. Қышқылдар амфотерлі оксидтермен реакцияға түседі.

H₂SO₄+ ZnO=Zn SO₄+ H₂O

4. Қышқылдар алмасу реакциясы бойынша тұздармен реакцияға түседі.

СН₃СООNa +HCI= СН₃СООH+NaCI

Негіздер дегеніміз – құрамында металл ионы мен тек гидроксил тобынан және ионынан тұратын электролиттер. Мысалы:

Fе(OH)₂ Fе²⁺+2ОН^—

NH ₄OH NH ₄⁺ +OH^—

NaOHNa⁺+OH^—

РН>7 С_н+<C_он—

Негіздердің ішінде сілтілік және сілтілік жер металлдардың гидроксидтері сілті деп аталады. Негіздерді негізінен негіздік оксидтер түзеді.

Негіздердің алыну жолдары:

Негіздер екі топқа бөлінеді:

1. Суда еритін

2Na+ 2H₂O2NaOH+ H₂

2. Суда ерімейтін

Сілтілік және сілтілік жер металлдардың гидроксидтері суда жақсы ериді.

Бұлар күшті электролиттер, иондарға жақсы ыдырайды, бірақ тері мен киімді күйдіреді. Бұлармен жұмыс істегенде қауіпсіздік ережелерін сақтау керек. Оны күйдіргіш натрий және калий деп аталады.

Суда ерімейтін негіздер— сол негіздердің суда жақсы еритін тұзына сілті қосу керек. Мысалы:

Cu SO₄+2 NaOH=(CuOH)₂+ Na₂ SO₄

Негіздердің химиялық қасиеттері

Негіздер – күшті электролиттер сондықтан олардың химияық қасиеттір алуан түрлі.

1. Суда ерімейтін негіздерді қыздырғанда олар суға және оксидке ыдырайды. Мысалы:

(CuOH)₂CuO+ H₂O

2. Негіздер қышқылдық оксидтермен реакцияға түсіп тұздар түзеді.

Мысалы: NaOH+ СO₂ NaHСO₃

Негіздердің ең негізгі қасиеттерінің бірі бейтараптау реакциясы. Мысалы,

NaOH+HNO₃ NaNO₃+ H₂O

С_н+=С_он-=10^-7моль/л, РН=7

Амфотерлі негіздер.

Амфотерлі негіздерге жатады: Zn(OH)_2,  Al(OH)_3, Cr(OH)₃.

Амфотерлі негіздерге қышқылдық және негіздік қасиеттер тән.

ZnO

Zn(OH)_2<

H₂ZnO₂

1. Zn(OH)₂+ H₂SO₄ZnSO₄+ H₂O (бейтараптау реакциясы)

Бұл теңдеуде  Zn(OH)₂ негіздік қасиет көрсетіп тұр.

2. Zn(OH)₂+ 2 NaOH= Na₂ZnO₂+ H ₂O

Na₂ [ZnOH ₄]

Натрий цинкаты.

Бұл теңдеуде Zn(OH)₂ қышқылдық қасиет көрсетіп тұр.

ҚЫШҚЫЛ ЖӘНЕ НЕГІЗ ТУРАЛЫ ТЕОРИЯЛАР

АРРЕНИУС ТЕОРИЯСЫ

Швед ғалымы Сванте Аррениус 1887 жылы гипотеза ретінде электролиттік диссоциациялану теориясын ұсынған. Бұл ең алғашқы қышқыл, негіз және тұз ерітінділерінде, олардың молекулаларының оң және теріс зарядты иондарға ыдырайтындығын көрсететін теория болды.

Қышқыл — суға ерігенде сутек иондарына (Н⁺) ыдырайтын заттар, ал дәлірек айтсақ кышқылдық дәм, индикаторға әсерін, химиялық касиеттерін сипаттайтын гидроксоний

ионын (Н_зО⁺ ) түзетін заттар.

Мысалы:   HNO₃ ­­­­­­­­­­­­⁺           Н⁺+ NO₃^—

яғни:   HNО₃ + Н ₂О   НзО⁺+ NO₃^—

Негіз — суда ыдырағанда гидроксил ионын түзетін заттар.

NaOH            Na⁺+ОН^—

Суда ыдырағанда әрі сутек ионын (Н ⁺), әрі (ОН^—) гидроксил ионын түзетін заттарды амфотерлік заттар не амфолиттер деп атайды

Мысалы:   H ₂O ­­­­­­­­­­                Н⁺+ OН^—

Амфотерлік заттар үшін, қышқылдық ыдырау механизмін:
R-ОН                RО^—+H⁺,негіздік ыдырау механизмін:
R — ОН               R⁺+ ОН^— деп көрсетуге болады.

Аррениус теориясының көптеген кемшіліктері бар:

• Еріткіш тек су болғанда ғана бұл теория орынды
  болады, ал басқа еріткіш алынса, қандай затты қышқыл
  не негіз деп алуға болатыны түсініксіз.
• Көптеген заттар ОН^——ионын түзбей-ақ негіздік
  қасиеттер көрсетеді. Мысалы: органикалық амидтер мен
  аминдер, аммиак:

R-C =O

NH₂               R- NH₂  NH₃                                                               

ҚЫШҚЫЛДАР МЕН НЕГІЗДЕРДІҢ ПРОТОЛИТТІК ТЕОРИЯСЫ.

Жоғарыда көрсетілген Аррениустың электролиттік дис­социация теориясы түсіндіре алмаған мәселелерді Дания ғалымы Дж. Бренстед пен ағылшын химигі Т. Лоури ұсынған қышқылдар мен негіздердің протолиттік теориясы түсіндіре алады. Бүл теория Бренстед-Лоури теориясы деп те аталады. Бұл теория қышқылдар мен негіздерді, заттар-дың протонға қандай байланысы бар екендігімен анықтайды.

Қышқылдар мен негіздерді бүл теория бойынша протолиттер деп, ал олардың бірімен-бірі әрекеттесуін протолиттік  тепе-теңдік дейді. Протолиттік, яғни Бренстед — Лоури теориясы бойынша, қышқылдар дегеніміз сутек ионын (Н⁺) беретін молекула не ион (донор).

Сонымен, электролиттік теория түрғысынан қышқылдар қатарына жататын заттар, Бренстед-Лоури теориясы бой­ынша да қышқылдар қатарына жатады, тек соңғы теория бойынша кеңірек мағынада қолданылады, яғни тек қана молекулалар емес, иондар да қышқыл бола алады.

молекула —

 катион      —

­­­­­­­­­———Н⁺+СО^2-₃

Негіздер дегеніміз сутек ионын Н⁺  қосып ала алатын молекулалар не иондар (акцептор).

Мысалы: молекула C ₆H₅— NH₂ + Н⁺= С₆Н₅-N⁺Нз

(амин — анилин)

молекула — :NНз + Н⁺         NН₄⁺

анион    ОН^—+ Н⁺               Н ₂0

Арреннустың электролиттік теориясынан негізгі ерекшелігі қышқылдар мен негіздер бірімен-бірі өте тығыз байланысты заттар. Қышқылдан протонның бөлінуі негіздің түзілуіне әкеп соқтырады. Мысалы:

+

+

+

Әрбір кышқыл протонды бөліп шығару арқылы тиісті негіз түзеді, ал әрбір негіз протон қосып алып, өзіне тиісті қышқыл түзеді.

Мысалы :    +

яғни H₂SO₄үшін SO₄ ^2- негіз болып табылады. Сонымен, қышқыл және негіз дегеніміз қандай да бір абсолюттік қасиет емес, салыстырмалы қасиет: заттардың қышқылдык қасиеті негіздер қатынасканда, негіздік қасиеттері қышқылдар қатынасқанда ғана жүзеге асады. Демек қышқыл мен негіз қосақталған жұп болып табылады. Қышқылдар мен негіздердің бірімен-бірінің әрекеттесуін жалпы мына схема түрінде көрсетуге болады:

—

Қышқыл неғұрлым күшті (әлсіз) болса, онымен косақталған негіз соғүрлым әлсіз (күшті) болады:

Амфолиттерді де осылай көрсетуге болады.

Қорыта келгенде, Бренстед-Лоури теориясы бойынша неорганикалық қосылыстардың арасына қышқылдарға: H₂S, НСІ, НNОз, H₂S04. Н_зР04 т.б., Н₂О, әлсіз негіз бен күшті қышқылдың тұздарын (NH₄C1), қышқыл тұздарды (NaHCO₃, NaHS0₄), органикалық заттардан құрамында сутек ионы бар барлық заттарды (карбон қышқылдарын R — СООН, фенолды — С₆H₅ОН, спирттерді R — ОН, амин қышқылдарын) жатқызуға болады.

Негіздерге — бейорганикалық заттардың қатарынан NaOH, КОН, NH₃,H₂O, негіздік тұздарды Аl(ОН) (СНзСОО)₂, протонды қосып алуға қабілеті бар көптеген органикалық заттар жатады. Қышқылдар мен негіздердің әлсіздігі не күштілігі, протонды беру не қабылдау қасиетіне тәуелді. Қышқылдар мен негіздердің күшті не әлсіз екендігінің сандық шамасын диссоциациялану реакциясының  тепе-теңдігінің константасы арқылы анықтауға болады. (К_а — қышқылдар контантасы, К_в — негіздер константасы).

Әрекеттесуші  массалар  заңы  бойынша А+В   _       С+Д

реакциясының тепе-теңдік константасы:

Мысалы

+

Бұл реакцияның тепетеңдік константасы:

[СН₃СОО^—], [Н³О⁺], [СН₃СООН]- реакцияға қатысқан және реакция нәтижесінде түзілген заттардың тепе-теңдік кезіндегі концентрациялары.

[Н₂О]= const, сондықтан Кр*[Н₂О]= const, яғни қышқылдық константасы-К_а, басқаша жазғанда:

сандық шамасы неғұрлым көп болса, соғұрлым қышқыл күшті.

К_а сірке қышқылы =   1,75-10^-5     ; К_а көмір қьииқылы—  5-10^-11

Көбінесе К_а сандық шамасы теріс таңбамен алынған лога-рифммен анықталады: -lgК_а = рК_а

көмір қышқылының — рК_а = 10,32.

сірке қышқылының — рК_а = 4,75.

рК_а сандык шамасы неғұрлым аз болса, соғұрлым кышқыл күшті қышқылдар қатарына жатады. Мысал ретінде кейбір заттардың рК_а сандық шамасын көрсетейік:

сірке қышқылы       СН_зСООН 4,7

Төменнен жоғары қарай бұл  заттардың қышқылдық қасиеті   артады. Негіздер үшін, қышқылдар сияқты тепе-теңдік константасын табады [К_в] және бұл тепе-тендік константасының ондык логарифмінің теріс таңбасы — lgK_в = рК_в болып анықталады.

Льюистің теориясы

Бренстед-Лоури теориясымен салыстырғанда мағынасы кеңірек. Г. Льюис ұсынған электрондық теория бойынша, қышқыл деп электрон жұбын қосып, коваленттік байланыс түзе алатын зат. Ал негіз электрон жұбын беретін зат.

Қышқыл мен негіздің әрекеттесуі, бұл теория бойынша донорлы-акцепторлық тип бойынша коваленттік байланыс түзе жүреді. Льюистің түсінігі бойынша қышқыл мен негіз арасындағы әрекеттесу аддукт деп аталатын комплексті қосылыс түзеді. Мысалы:

а/

негіз       кышкыл                   II- аддукт

(донор ē)   (акцептор ē)

б/ Аg+        + [:Сl:] ^ө                                

Льюис теориясының кемшілігі сутекті қышқылдардың бәрін қамти алмайды, өйткені олардың құрамында электрон қосағы жетпей тұрған атомдар жоқ, сондықтан олар өзіне электрон қосағын қосып ала алмайды. Ал кейбір қышқылдар мен негіздер реакция нәтижесінде комплексті қосылыстар емес, берік қосылыстар түзеді.

Мысалы:   Ва²⁺ + SO₄^2-       —   BaS0₄

қышқыл

Ал барий хлориді, бромиді және иодиді суда өте жақсы ериді. Табиғи рудаларда көптеген металдар оксидтер, карбонаттар, сульфаттар түрінде кездессе, кейбір металдар сульфиттер түрінде кездеседі. Бүл құбылысты Пирсонның принципі бойынша түсіндіруге болады. Пирсонның принципі  бойынша қышқылдар мен негіздер — «қатты» (ағыл,— hard — жесткий) және «жұмсақ» (ағыл.— soft — мягкий) деп екі топқа бөлінеді. Қатты негіздер қатарына электртерістігі жоғары, полюстігі төмен, оңай тотықпайтын молекулалар не иондар жатады. Мысалы: НО^—, H₂O, R—ОН, NН_з, R—NH₂, Сl^—, F^—, NO_з^—— S0₄^2-

Жұмсақ негіздер қатарына электртерістігі төмен,полюстегі жоғары, тотығуға оңай молекулалар не иондар жатады.

Мысалы, J^— S^2-  R-SH        — RS^—+H⁺  

Қатты қышқылдар — бұл полюстігі төмен, электртерістігі жоғары, оң зарядтылығы басым, акцепторлық атомдарының мөлшері кішкене, электрон жұбының акцепторы болатын — Льюис қышқылдары. Мысалы:H⁺, Na⁺,K⁺, Ca²⁺,M²⁺,Li⁺ т.б.

Жүмсақ  қышқылдар — электртерістігі оншалықты жоғары емес, он зарядтылығы да көп емес, акцепторлық атомның мөлшері үлкен, электрон жұбының акцепторы бо­латын Льюис қышқылдары жатады. Пирсон принципінің, «жұмсақ» және «қатты» негіздер мен қышқылдар теориясының негізгі мағынасы — қатты қышқыл қатты негізбен әрекеттесіп, жұмсак қышқыл жұмсақ негізбен әрекеттеседі. Басқа сөзбен айтқанда, қатты негіз қатты қышқылмен әрекеттесіп, диссоциациялануы нашар, берік зат түзеді. Ал мұндай берік заттар «жұмсақ» қышқыл

мен«жұмсак» негіздің әрекеттесуі нәтижесінде түзіледі.

+

Сондықтан Ag⁺, Cu⁺, Cu²⁺, Hg²⁺, РЬ²⁺сияқты «жұмсақ» қышқылдар, табиғатта негізінен сульфидтер түрінде кездеседі: Ag₂S, HgS, PbS т.б.

«Жұмсақ» қышқылдар (РЬ²⁺, Hg²⁺, Cd²⁺) — организм үшін күшті улы зат болады. Олар белоктардың, ферменттердің құрамындағы күкірті бар группалармен әрекеттесіп, олардың активтілігіне әсер етеді де, организмнің қалыпты жұмыс істеуін нашарлатады.

Қорытынды.

1. Льюис пен Усанович теорияларының, Аррениуспен Бренстед теорияларынан айырмашылығы бұл теориялар сутектік қышқылдық қасиетінің бірден бір иесі деп саналмайды. Яғни, қышқыл құрамында сутегі болмауы да мүмкін.
2. Протолиттік теория қазіргі кезде кең таралған теорияның қатарына жатады. Себебі ол протон доноры (қышқыл) мен акцепторы (негіз) қатысатын барлық қышқылдық, негіздік әрекеттесулерді бір жүйеге келтіріп қарайды.
3. Протолиттік теорияның бас артықшылығы аса маңызды шамаларды есептеп шығаруға болатын сандық теориялардың болуында.
4. Льюис теориясының ең негізгі кемшілігі сутектік қышқылдарды қамти алмады. Себебі, олардың құрамында электрон жұбы жетпей тұрған атомдар жоқ. Сондықтан олар өзіне электрон жұбын қосып ала алмайды.
5. Усанович теориясы иондық , химиялық, протондық теорияларды бәрін бір тұрғыдан қарайды.

Медико- биологиялық зерттеулерде қолданылатын күрделі қышқылдар мен негіздер.

Ағзаның патологиялық және қалыпты күйін анықтауда жүргізетін клиникалық анализдердің маңызы өте зор.

Қышқылдық негіздік қасиет көрсететін заттар ағзада тотығу тотықсыздану, зат алмасу, ас қорыту,тыныс алу, гидролиздену және көптеген биохимиялық процесстердің нәтижесінде түзіліп жатады. Клиникалық анализ белгілі бір ортада жүреді.

РН>7

РН=7

РН<7

Адам ағзасындағы ас қорыту процесі қышқылдық ортада жүреді, себебі ас қорытуға қатысатын негізгі асқазан сөлі тұз қышқылынан тұрады. HCI H⁺ +CI^—

99,99% HCI асқазан сөлі.

РН=2,4

Адам ағзасында күніне 10 л  HCI бөлінеді, Көптеген биологиялық және физиологиялық процесстер ағзада әлсіз қышқылдық және әлсіз негіздік ортада жүреді. Мысалы: ас қорыту процесі ауыз қуысынан басталады. Ауыз қуысындағы сілекейдің РН=6,6-6,7 (әлсіз негіздік орта) тоқ ішек, ішек қарын сөлінің  РН-ы әлсіз негіздік орта. Клиникалық анализдерде жиі қолданылатын қышқылдарға жатады: H₂SO_4, HNО_3, H ₃PO_4, СН₃СООН, HCI. Клиникалық анализдерде жиі қолданылатын негіздерге жатады: NaOH, КOH, NH₄ОH.

Жоспар:

1.Қышқыл мен негіз туралы түсінік.

2.Қышқыл мен негіз туралы теориялар.

3.Протолиттік теория тұрғысынан қышқылдарға анықтама.

4.Протолиттік теория тұрғысынан негіздерге анықтама.

5.Медико-биологиялық зерттеулер үшін қышқыл мен негіздің маңызы.