Определения за киселина/основа на Брьонстед-Лаури

Ще разгледаме дефинициите на киселини и основи по Брьонстед-Лаури и Луис. Ще започнем с Брьонстед-Лаури. Според Брьонстед-Лаури киселината е донор на протон, а основата сподер Брьонстед-Лаури е применик на протон. Нека бързо да преговорим какво се разбира под протон. Ако погледнеш тази схема тук, това е водороден атом, или най-разпространеният изотоп на водорода. Водородът има един протон в ядрото и един електрон някъде около ядрото си. Значи тук имаме отрицателен заряд. Това е водоророден атом. Нали? Тук има един валентен електрон, ето тук, и това е водороден атом или най-разпространеният изотоп на водорода. Ако по някакъв начин отстраним електрона, тогава ни остава само един протон. Остава само протона в ядрото. Затова, когато говорим за протон, ние говорим за ядро на водороден атом, което е равно на Н+. Вече го няма електрона. Да видим какво означава това при киселинно-основните реакции. Започваме с вода. После имаме НCl вдясно. Във връзката между Н и Cl единият електрон идва от водорода и единият идва от хлора. Нека да направя схема. Значи един електрон от водорода, ще го направя син. Това е електронът от водорода, който е в синьо. След това един електрон от хлора, ще го направя зелен. Ето тук. При тази киселинно-основна реакция несподелената двойка електрони на кислорода ще привлече този протон. Това е само ядрото на водородния атом, който си е оставил електрона. Синият електрон е останал при хлора. Сега ще начертая какво се получава. Тук имаме кислород. Той има две връзки към водород. Кислородът току-що е сформирал нова връзка с водород. Нека да ги покажа електроните. Тези розови електрони тук образуват нова връзка с този протон. Това е ето тази връзка. И имаме още електрони при кислорода. Ще направя тези червени. Тези червени електрони на кислорода не правят нищо. Те си стоят тук. Те са ето тук. И така кислородът ще получи формален заряд +1. Това е хидрониев йон, Н3О+. При другия продукт... имаме хлор, който вече има три несподелени електронни двойки. Той е присвоил и двата електрона тук. Нека да ги означа. Този в зелено си го имаше от самото начало Този синият е този, който взе от водорода. Сега хлорът има отрицателен заряд. Това е хлориден анион. Значи това е Cl–. Нека да определим киселината по Брьонстед-Лаури и основата по Брьонстед-Лаури в тази реакция. Да видим какво се случи. Водата, Н2О, действа като приемник на протон. Тя присъедини един протон от НCl. Значи водата ще бъде основата по Брьонстед-Лаури. HCl отдаде протон на водата. Значи HCl ще бъде киселината по Брьонстед-Лаури. Нека да определим спрегнатите двойки киселини-основи. Значи ако HCl е киселината по Брьонстед-Лаури, спрегната ѝ основа ще бъде хлоридният анион. Значи това е спрегнатата основа. Н2О е нашата основа по Брьонстед-Лаури, и спрегнатата ѝ киселина е Н3О+. Значи това е спрегнатата киселина. Когато разглеждаме спрегнатите двойки киселина-основа, търсим разлика от един протон. Така че Н2О и Н3О+ са спрегната двойка киселина и основа. И HCl и Cl– са спрегната двойка киселина и основа. Ако погледнем какво направихме отдясно, казваме, че Н3О+ е киселина, а Cl– е основа. Така че може да си помислиш, че H3O+ отдава един протон на Cl–. Така че ще направим една малка стрелка в обратна посока. Защото равновесието в тази реакция е силно изтеглено надясно. Затова ще получим много повече от продуктите отдясно. Но като разглеждаме тези определения, Н3О+ ще отдава протон, а Cl– ще приема протон. Хлоридният анион ще приема протон. Ние знаем, че НCl е силна киселина, затова равновесието е изтеглено силно надясно. Това е случаят с Брьонстед-Лаури. Сега да видим едно друго определение, което е малко по-широко. Това е определението за Люисова киселина и Люисова основа. Люисовата киселина е приемник на електронна двойка. Лесен начин за запомняне е, че е приемник на киселина. А Люисовата основа е донор на електронна двойка. Лесен начин да запомниш, че Люисовата основа е донор на електронна двойка, е ако разглеждаш това b като малко. И ако обърнеш b, ще получиш d. Значи основата (base) е донор (donor). Да видим тази реакция. Имаме цикличен етер, тук вляво. И след това имаме борин (или боран) отдясно. Тук около бора нямаме осем електрона. Той е ограден само от шест електрона. И затова е много химически активен. Борът е sp2-хибридизиран, което означава, че има свободна р-орбитала. Ще я покажа тук. Той може да приеме двойка електрони. А етерът ще отдаде двойка електрони. Нека да покажа какво се случва. Кислородът ще отдаде двойка електрони в тази свободна орбитала. И ще се образува връзка между бора и кислорода. Значи етерът отдава електронна двойка. Следователно той е нашата Люисова основа. А борана приема електронна двойка. Той е нашата Люисова киселина. Ще покажа продукта от тази Люисова реакция. Кислородът сега е свързан с бора. Борът все още е свързан с три водородни атома, ще ги означа така. Нека да проследим електроните, преди да приключим с формулата. Тези розови електрони образуват връзката между кислорода и бора. Кислородът има и други електрони. Нека да ги означа. Тези електрони в червено са още при кислорода. Те са тук при кислорода. Значи кислородът има формален заряд +1. Значи кислородът има формален заряд +1. Борът ще има формален заряд –1. Това е реакцията между киселина и основа по Люис. Определението на Люис за киселина и основа е по-широко от това на Брьонстед-Лаури. И ако се върнем на предишната реакция, можем да определим тези вещества като основа и киселина по Люис. Да разгледаме отново какво се случва тук. Водата отдава двойка електрони. Според определението на Люис основата е донор на двойка електрони. Значи водата е нашата Люисова основа. HCl приема двойка електрони. Приемникът на електронна двойка според определението на Люис е киселина. Значи това е Люисова киселина. Обърни внимание, че няма значение кое определение използваш. Ако използваш Брьонстед-Лаури, това е киселината. Ако използваш определението на Люис, това е киселината. Ако използваш определението за основа, това е основата според Брьонстед-Лаури. Това е основата и според определението на Люис. Определението за киселина и основа по Люис е много важно в органичната химия, защото терминът Люисова киселина може да се използва като синоним на електрофил. Можеш да кажеш, че това е електрофил. Можеш да кажеш, че Люисовата основа е донор на електронна двойка. Това е нуклеофил. Нуклеофили и електрофили са изключително важни понятия в органичната химия.