Transcript Kyseliny a zásady
Slide 1
Vodík
Kyseliny a zásady
Brönstedovo-Lowryho pojetí kyselin a zásad
Kyselinou je částice, která působí jako donor
protonu a báze jako jeho akceptor
Akceptorem může být i samotné rozpouštědlo
(molekuly solvatují odštěpený proton)
Síla kyselin (měřená rozsahem jejich disociace) je závislá na povaze rozpouštědla
(její bazicitě). Bazicita rozpouštědla je funkcí elektronegativity centrálního atomu –
Síla kyselin HA klesá s klesající bazicitou rozpouštědla
Brönstedova-Lowryho definice kyseliny a zásady umožňuje rozšířit tuto koncepci i na
kationty a anionty, jejichž roztoky podléhají hydrolýze (obecně solvolýze):
Slide 2
Vodík
Kyseliny a zásady
Klasifikace kyselin – binární a ternární
Binární kyseliny (hydridy), například HCl neobsahují -OH.
Ternární kyseliny:
1. hydratované kationty, například [Fe(H2O)6]3+ (2). (zdroj protonu molekula vody vázaná
na Fe(III)
2. kyseliny obsahující výhradně skupiny -OH, například Si(OH)4 (3)
3. kyseliny, které vedle -OH mají atom kyslíku =O, například H2SO4 (4):
Tyto typy kyselin A(H2O)nm+,
A(OH)n a (HO)nAOm jsou
vzájemně propojeny
deprotonizací, tj. přerušením
vazby O-H.
Pokud nastane štěpení v místě
vazby A-OH, pak takové látky
mají charakter zásady
Slide 3
Vodík
Kyseliny a zásady
Lewisova teorie kyselin a bází
Lewisova teorie kyselin a bází - definuje kyselinu jako akceptor elektronového
páru a bázi jako jeho donor,
- zvláštní případ Brönstedovy-Lowryho teorie, od které se liší tím, že vztah mezi
kyselinou a bází nevnímá jako přenos protonu, nýbrž jako přenos elektronového
páru od donoru (Lewisovy báze) na akceptor (Lewisovu kyselinu), při kterém
vzniká mezi donorem a akceptorem kovalentní vazba
- orientace na elektronový systém - Lewisova teorie je naprosto obecnou teorií.
Neomezuje se proto pouze na částice schopné poskytovat proton
Slide 4
Vodík
Kyseliny a zásady
Lewisova teorie kyselin a bází
- zahrnuje jakýkoliv systém složený z dvojice donor-akceptor, bez ohledu na to,
jedná-li se o nekovy nebo kovy.
- z donor-akceptorového vztahu vyplývá - Lewisova kyselina musí mít vakantní orbital
pro přijetí elektronového páru od báze
Slide 5
Vodík
Kyseliny a zásady
Lewisova teorie kyselin a bází
Lewisovy kyseliny – nemusí být pouze molekuly, atomy nebo ionty s neúplným oktetem
x částice s energeticky dostupnými vakantními orbitaly d (reakce (4) a (5))
Pearsonův model HSAB:
Teorie měkkých a tvrdých Lewisových kyselin a bází - založena na ionizačních energiích
a elektronových afinitách (polarizovatelnosti).
Tvrdé kyseliny: H+, Be2+, SO3, BF3; měkké kyseliny: Cu+, Au+, Hg2+.
Tvrdé báze: F-, OH-, NH3; měkké báze: H-, I-, CN-, CO.
Interakce tvrdá kyselina-tvrdá báze zahrnuje kyseliny s nízkou elektronegativitou a
vysoce elektronegativní báze. V případě měkkých kyselin a bází je tomu naopak.
Slide 6
Slide 7
Vodík
Kyseliny a zásady
Vliv atomů vázaných na středový atom:
akceptorové i donorové schopnosti Lewisových kyselin a bází závislé na
elektronegativitě substituentu( ovlivňení náboje na centrálním atomu
Tyto jednoduché odhady poskytují poněkud
zkreslený obraz. Halogenidy borité BX3 –
přítomnost intramolekulární donor-akceptorové
vazby
Na dvojné vazbě se podílí vakantní orbital p - akceptorová kapacita je úplně (nebo z
části) vyčerpána. Síla BX3 jako Lewisových kyselin roste s klesajícími tendencemi
halogenů k tvorbě násobné vazby, řadě BF3 < BCl3 < BBr3 (na základě velikosti
parciálních nábojů je BF3 > BCl3 > BBr3)
Slide 8
Vodík
Kyseliny a zásady
Při tvorbě aduktu – v molekule BX3 musí dojít
k reorganizaci plošné struktury na pyramidální.
Poté dochází k obsazení vakantního AO el.
párem za vzniku tetraedrického aduktu
Síla Lewisových bází – podobné principy s opačnými opačnými účinky
NH3 < PH3, NH2- > NH3 a PF3 < PBr3.
Slide 9
Vodík
Kyseliny a zásady
Reakce Lewisových kyselin a bází
Adice - vzniká nová kovalentní vazba,
Substituce - adice spojená se zánikem vazby staré
Adice a následná eliminace vazby P-Cl (atom chloru přechází na Cl-), vodíkový atom se
odštěpí v podobě protonu za vzniku HCl.
Náhrada vazby P-Cl energeticky bohatšími vazbami P-O (E(P-Cl) = 319, E(P-O) = 407,
resp. E(P=O) = 560 kJ/mol) - substituce všech vazeb P-Cl.
Vodík
Kyseliny a zásady
Brönstedovo-Lowryho pojetí kyselin a zásad
Kyselinou je částice, která působí jako donor
protonu a báze jako jeho akceptor
Akceptorem může být i samotné rozpouštědlo
(molekuly solvatují odštěpený proton)
Síla kyselin (měřená rozsahem jejich disociace) je závislá na povaze rozpouštědla
(její bazicitě). Bazicita rozpouštědla je funkcí elektronegativity centrálního atomu –
Síla kyselin HA klesá s klesající bazicitou rozpouštědla
Brönstedova-Lowryho definice kyseliny a zásady umožňuje rozšířit tuto koncepci i na
kationty a anionty, jejichž roztoky podléhají hydrolýze (obecně solvolýze):
Slide 2
Vodík
Kyseliny a zásady
Klasifikace kyselin – binární a ternární
Binární kyseliny (hydridy), například HCl neobsahují -OH.
Ternární kyseliny:
1. hydratované kationty, například [Fe(H2O)6]3+ (2). (zdroj protonu molekula vody vázaná
na Fe(III)
2. kyseliny obsahující výhradně skupiny -OH, například Si(OH)4 (3)
3. kyseliny, které vedle -OH mají atom kyslíku =O, například H2SO4 (4):
Tyto typy kyselin A(H2O)nm+,
A(OH)n a (HO)nAOm jsou
vzájemně propojeny
deprotonizací, tj. přerušením
vazby O-H.
Pokud nastane štěpení v místě
vazby A-OH, pak takové látky
mají charakter zásady
Slide 3
Vodík
Kyseliny a zásady
Lewisova teorie kyselin a bází
Lewisova teorie kyselin a bází - definuje kyselinu jako akceptor elektronového
páru a bázi jako jeho donor,
- zvláštní případ Brönstedovy-Lowryho teorie, od které se liší tím, že vztah mezi
kyselinou a bází nevnímá jako přenos protonu, nýbrž jako přenos elektronového
páru od donoru (Lewisovy báze) na akceptor (Lewisovu kyselinu), při kterém
vzniká mezi donorem a akceptorem kovalentní vazba
- orientace na elektronový systém - Lewisova teorie je naprosto obecnou teorií.
Neomezuje se proto pouze na částice schopné poskytovat proton
Slide 4
Vodík
Kyseliny a zásady
Lewisova teorie kyselin a bází
- zahrnuje jakýkoliv systém složený z dvojice donor-akceptor, bez ohledu na to,
jedná-li se o nekovy nebo kovy.
- z donor-akceptorového vztahu vyplývá - Lewisova kyselina musí mít vakantní orbital
pro přijetí elektronového páru od báze
Slide 5
Vodík
Kyseliny a zásady
Lewisova teorie kyselin a bází
Lewisovy kyseliny – nemusí být pouze molekuly, atomy nebo ionty s neúplným oktetem
x částice s energeticky dostupnými vakantními orbitaly d (reakce (4) a (5))
Pearsonův model HSAB:
Teorie měkkých a tvrdých Lewisových kyselin a bází - založena na ionizačních energiích
a elektronových afinitách (polarizovatelnosti).
Tvrdé kyseliny: H+, Be2+, SO3, BF3; měkké kyseliny: Cu+, Au+, Hg2+.
Tvrdé báze: F-, OH-, NH3; měkké báze: H-, I-, CN-, CO.
Interakce tvrdá kyselina-tvrdá báze zahrnuje kyseliny s nízkou elektronegativitou a
vysoce elektronegativní báze. V případě měkkých kyselin a bází je tomu naopak.
Slide 6
Slide 7
Vodík
Kyseliny a zásady
Vliv atomů vázaných na středový atom:
akceptorové i donorové schopnosti Lewisových kyselin a bází závislé na
elektronegativitě substituentu( ovlivňení náboje na centrálním atomu
Tyto jednoduché odhady poskytují poněkud
zkreslený obraz. Halogenidy borité BX3 –
přítomnost intramolekulární donor-akceptorové
vazby
Na dvojné vazbě se podílí vakantní orbital p - akceptorová kapacita je úplně (nebo z
části) vyčerpána. Síla BX3 jako Lewisových kyselin roste s klesajícími tendencemi
halogenů k tvorbě násobné vazby, řadě BF3 < BCl3 < BBr3 (na základě velikosti
parciálních nábojů je BF3 > BCl3 > BBr3)
Slide 8
Vodík
Kyseliny a zásady
Při tvorbě aduktu – v molekule BX3 musí dojít
k reorganizaci plošné struktury na pyramidální.
Poté dochází k obsazení vakantního AO el.
párem za vzniku tetraedrického aduktu
Síla Lewisových bází – podobné principy s opačnými opačnými účinky
NH3 < PH3, NH2- > NH3 a PF3 < PBr3.
Slide 9
Vodík
Kyseliny a zásady
Reakce Lewisových kyselin a bází
Adice - vzniká nová kovalentní vazba,
Substituce - adice spojená se zánikem vazby staré
Adice a následná eliminace vazby P-Cl (atom chloru přechází na Cl-), vodíkový atom se
odštěpí v podobě protonu za vzniku HCl.
Náhrada vazby P-Cl energeticky bohatšími vazbami P-O (E(P-Cl) = 319, E(P-O) = 407,
resp. E(P=O) = 560 kJ/mol) - substituce všech vazeb P-Cl.