Brönsted–Lowryho teorie, autoprotolýza vody
Obsah

Brönsted-Lowryho teorie

Arrhenius považoval za zásady pouze hydroxidy a jeho teorii bylo možné použít jen na vodné roztoky. Proto byla o několik let později navržena nová koncepce – Brönsted-Lowryho teorie kyselin a zásad (častěji uváděna jen jako Brönstedova teorie).

Dánský chemik Johannes Nicolaus Brönsted definoval nezávisle na svém anglickém kolegovi Thomasu Martinovi Lowrym kyseliny a zásady takto:

  • kyselina = částice schopná odštěpit proton H+

Obecně: HA + H2O ⇄ A- + H3O+

Příklad: HCl + H2O ⇄ Cl- + H3O+

  • zásada = částice schopná proton H+ přijmout

Obecně: B + H2O ⇄ BH+ + OH-

Příklad: NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH-

Při protolytických reakcích spolu reaguje kyselina a zásada. Vyměňují si mezi sebou proton ve formě H+:

HA + B ⇄  HB+ + A-

HB+ = Brönstedova kyselina odvozená od zásady B

A- = Brönstedova zásada odvozená od kyseliny HA

Příklad: HCl + NH3 ⇄ NH4+ + Cl-

Společně se zavedením Brönsted-Lowryho teorie je vhodné zavést také pojem konjugovaný pár. Chemickou reakci pak můžeme rozložit na rovnice přeměn dvou konjugovaných párů:

obrazek obrazek

Podle této teorie mohou být kyselinami i zásadami jak ionty, tak elektroneutrální molekuly. Rozhodující je schopnost těchto látek poskytovat nebo přijímat proton.

Některé látky mohou vystupovat jako kyseliny i jako zásady = amfolyty.

Příklad: H2SO4 + 2H2O ⇄ SO42- + 2H3O+

            H2SO4 + HClO4 ⇄ ClO4- + H3SO4+

Z první rovnice je zřejmé, že ve vodném prostředí se kyselina sírová chová jako kyselina, ale v prostředí kyseliny chloristé (druhá rovnice) se chová jako zásada. Obdobně se chová např. voda. V prostředí amoniaku se voda chová jako kyselina, ale v prostředí kyseliny chlorovodíkové jako zásada:

           H2O + NH3 ⇄ OH- + NH4+

           H2O + HCl ⇄ Cl- + H3O+

K předání protonu může dojít i mezi samotnými molekulami protického rozpouštědla. Tento děj se nazývá autoprotolýza.

Příklad: NH3 + NH3 ⇄ NH2- + NH4+

Autoprotolýza vody

Experimentálně bylo zjištěno, že i mezi molekulami vody dochází k její částečné disociaci. Tomuto jevu říkáme autoprotolýza vody:

H2O + H2O ⇄ OH- + H3O+ 

Z měření vyplynulo, že koncentrace oxonionových kationtů H3O+ je shodná s koncentrací hydroxylových aniontů OH-. Koncentrace obou iontů je při teplotě 25 °C a tlaku 100 kPa rovna asi 10-7 mol.dm-3. Vynásobením koncentrací kationtů H3O+ a aniontů OH- získáme iontový součin vody KW (platný pro danou teplotu a tlak):

KW = [H3O+]•[OH-] = [10-7]•[10-7] = 10-14

Zdroje

  • FLEMR, Vratislav a Bohuslav DUŠEK. Chemie I/Obecná a anorganická. 1. vydání. Praha: SPN, 2001, ISBN 80-7235-147-8.
  • HONZA, Jaroslav a Aleš MAREČEK. Chemie pro čtyřletá gymnázia 1. díl. Brno: DaTaPrintBrno, 1996, ISBN 80-902200-4-5.  
  • ŠRÁMEK, Vratislav a Ludvík KOSINA. Obecná a anorganická chemie. 1. vydání. Olomouc: FIN, 1996, ISBN 80-7182-003-2.

Obrázky

  • Obr. 1: volné dílo.commons.wikimedia.org [online]. [cit.10.9.2014]. Dostupný na WWW.

          http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Johannes_Br%C3%B8nsted.jpg?uselang=cs

Pokud není uvedeno jinak, autorem obrázků je Mgr. Marie Jankovská.

 

Osobnosti

Johannes Nicolaus Brønsted 

(22. února 1879, Varde – 17. prosince 1947, Kodaň) byl dánský umělec a fyzikální chemik.

Základní pojmy

Konjugovaný pár

= dvojice částic, které se ve svém složení liší pouze o proton H+

Řešený příklad

Příklad:

Doložte iontovou rovnicí, že anion kyanidový má ve vodném roztoku bazický charakter. Podle této rovnice určete konjugovanou kyselinu kyanidového aniontu. 

Řešení:

Anion kyanidový CN– není schopen poskytnout proton, proto jej podle Brønstedovy-Lowryho teorie nelze považovat za kyselinu. Kyanidový anion CN–
při kontaktu s vodou jeví spíše snahu proton přijmout, a je tedy možné jej považovat za zásadu (bázi). Rovnice popisující zmíněný acidobazický děj vypadá následovně: 
CN– + H2O ⇄ HCN + OH–

 Voda vystupuje v této reakci jako kyselina, je totiž schopna poskytnout kyanidovému aniontu proton. Po přijetí protonu se z kyanidového aniontu stává kyselina – molekula kyanovodíku HCN. Konjugovanou kyselinou kyanidového aniontu je tedy HCN. Konjugovanou bází k molekule vody je hydroxidový anion OH−.
.