Teorie kyselin a zásad

Pojmy kyselina a zásada jsou v chemii známy už velmi dlouhou dobu, ale jejich definice se s časem měnila a rozvíjela. V současnosti existuje několik různých definic kyselin a zásad.

Arrheniova teorie

V roce 1887 definoval Arrhenius kyseliny a zásady jako elektrolyty, tedy látky schopné v roztoku disociovat na ionty. Kyseliny při disociaci uvolňují proton, tedy ion H+:
HA ↔ H+ + A

a zásady ion OH:
BOH ↔ B+ + OH

Tato definice byla postupně rozšiřována, ale i přesto je už dnes považována za zastaralou.

Brönstedova-Lowryho teorie

Byla formulována roku 1923, základem této teorie je autoprotolýza vody, tj. vzájemná ionizace dvou molekul vody:

H2O + H2O ↔ H3O+ + OH

V tomto procesu vystupuje jedna molekula vody jako kyselina, když disociuje na ionty H+ a OH-, H+ ihned reaguje s druhou molekulou vody (bází) za vzniku H3O+. Na rozdíl od Arrheniovy teorie, uvažujeme solvataci vzniklých iontů molekulami rozpouštědla. Rozpouštědlem nemusí být jen voda, podobné procesy probíhají např. v kapalném amoniaku (ne vodném roztoku):

NH3 + NH3 ↔ NH4+ + NH2

Kyselinu tedy můžeme definovat jako molekulu, která je schopná odštěpit proton (donor) a zásadu jako molekulu, která tento proton dokáže přijmout (akceptor).

H2SO4 + HNO3 ↔ HSO4 + H2NO3+

Zde vystupuje kyselina sírová jako kyselina a kyselina dusičná jako zásada. Odpovídající páry částic, lišící se o jeden proton nazýváme konjugované páry:

H2SO4 – HSO4
HNO3 – H2NO3+

Z této rovnice vidíme, že označení látky jako kyseliny nebo zásady je nepřesné, pokud neuvedeme druhého reakčního partnera z acidobazické reakce. Zde vystupuje kyselina dusičná jako zásada vůči kyselině sírové.

Solvoteorie kyselin a zásad

Byla formulována roku 1954 Guttmannem a Lindquistem, je obecnější než Brönsted-Lowryho teorie. Vychází z autoionizace rozpouštědla. Kyselinu definuje jako látku, která zvyšuje koncentraci kationtů produkovaných autoionizací a zásadu jako látku, která zvyšuje koncentraci příslušných aniontů.

V prostředí kapalného amoniaku

NH3 + NH3 ↔ NH4+ + NH2

je kyselinou např. NH4Cl

NH4Cl ↔ NH4+ + Cl

a zásadou např. amidy alkalických kovů:

NaNH2 ↔ Na+ + NH2

Lewisova teorie

Patří mezi obecnější teorie kyselin a zásad, byla formulována již roku 1923 Gilbertem Newtonem Lewisem, přijetí se ovšem dočkala až po roce 1938. Kyselina je definována jako nukleofilní částice, čili částice schopná poskytnout nevazebný elektronový pár.

Lewisovy kyseliny

Lewisovy kyseliny

Zásada pak jako elektrofil, čili částice schopná tento elektronový pár přijmout (musí mít volný orbital). Může se jednat o elektronově deficitní molekuly, ionty kovů, příp. sloučeniny prvků, kde je možné zvýšení koordinačního čísla, např. SiF4.

Lewisovy báze

Lewisovy báze

Reakce kyseliny se zásadou pak odpovídá tvorbě koordinační vazby, např. vznik aduktu:

|NH3 + BF3 ↔ H3N−BF3

Tato teorie tedy umožňuje určení role v acidobazických procesech i u aprotických systémů.

Další kapitoly