Кышқылдық пен негіздік теориясының шығу тарихы

 

 

 

Жоспар

 

Кіріспе

 

1. Қышқылдық пен негіздік теориясының шығу тарихы. Бренстед теориясы

 

2. Органикалық заттардың қышқылдық және негіздік қасиеттері 
   

Қорытынды

 

Пайдаланылған әдибиеттер тізімі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

Қышқылдар мен негіздердің  алғашқы анықтамасын С.Аррениус сулы ерітінділердегі реакцияларға қатысты былай тұжырымдаған:

І. Қышқылдар дегеніміз диссоциация кезінде сутек иондарын (Н⁺) беретін, ал негіздер – гидроксид иондарын (ОН^-) бөле диссоциацияланатын электролиттер.

Бұл теория бойынша қышқылдар  мен негіздердің әрекеттесуі  олардың диссоциациялануы нәтижесінде  түзілген протон мен гидроксид иондарының әрекеттесуіне саяды.

Аррениус теориясының

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Қышқылдық пен негіздік теориясының шығу тарихы.

 

Қышқылдар мен негіздердің  қазіргі кездегі тұжырымдамасы  келесі ториялар негізінде жасалған.

Аррениус  теориясы бойынша (сулы ерітіндідегі электролиттік диссоциация сипаты бойынша):

• қышқылдар дегеніміз сулы ерітіндіде диссоциацияланғанда сутек

(Н^-) пен қышқыл қалдығы иондарын түзетін қосылыстар:

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2- 

• негіздер дегеніміз сулы ерітіндіде диссоциацияланғанда гидроксид

(ОН^-)  пен металл иондарын түзетін қосылыстар:

NaOH → Na⁺ + OH^-

Бренстед  теориясы бойынша (қышқылдар мен негіздердің протондық теориясы):

• қышқылдар дегеніміз протондар бқліп шығаратын заттар;
• негіздер дегеніміз протондарды қосып алуға қабілетті заттар.

Протон бөліп  шығаратын әрбір реакция келесі теңдеумен сипатталады:

қышқыл → негіз + Н⁺

Осындай үрдістің қышқылы  мен негізі орайластар деп аталады. Қышқылдық-негіздік қасиеттер сандық тұрғыдан протондық ұқсастықпен сипатталады, яғни ионға немесе молекулаға протонның қосылуы кезінде бөлінетін энергиямен сипатталады. Протолиттік теория бейтараптану реакциясын қышқыл протонының негізге ауысуы ретінде қарастырады. Аммиактың негіздік қасиеті осы теория арқылы түсіндіріледі: азот атомының бөлінбеген электрондық жұбы арқылы қышқылдың протонымен әрекеттесіп, донорлы-акцепторлық механизм бойынша аммоний-иоооонын түзеді:

HNO₃ + NH₃ → NH₄⁺ + NO₃^-

                                     ^{қышқыл     негіз            қышқыл    негіз}

Льюс  теориясы (қышқылдар мен негіздердің электрондық теориясы) бойынша:

• қышқылдар – электрондардың бір немесе бірнеше жұбын қосып алуға

қабілетті катиондар, аниондар немесе бейтарап молекулалар. Мысалы, алюминий фториді AlF₃ – аммиакпен әрекеттескенде электрон  жұбын қабылдауға қабілетті қышқыл:

AlF₃ + : NH₃ →[AlF₃]: [NH₃]

• негіздер – электрон жұптарын беруге қабілетті катиондар, аниондар

немесе бейтарап молекулалар.

Льюс анықтамасы бұрын ұсынылған теориялардағы  барлық қышқылды-негіздік үрдістерді қамтиды.

 

 

 

 

 

 

Қышқылдар мен негіздердің анықтамасын  салыстыру

Қосылыстар	Қышқылдар мен негіздердің анықтамасы
	Аррениус бойынша	Бренстед бойынша	Льюис бойынша
Қышқылдар	Н+ ионын бөліп шығарады	Н+ ионын бөліп шығарады	Электрон жұптарын қосып алады
Негіздер	ОН+ионын бөліп шығарады	Н+ қосып алады	Электрон жұптарын береді

 

Қышқылдар мен негіздердің  алғашқы анықтамасын С.Аррениус сулы ерітінділердегі реакцияларға қатысты былай тұжырымдаған:

І. Қышқылдар дегеніміз диссоциация кезінде сутек иондарын (Н⁺) беретін, ал негіздер – гидроксид иондарын (ОН^-) бөле диссоциацияланатын электролиттер.

НСІ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Органикалық заттардың қышқылдық және негіздік қасиеттері 
   

Бүгінгі күнде заттардың  қышқылдылығы және негізділігі деген  мәселеде екі түрлі ғылыми тұжырым  бар. Оның біріншісі Бернстед-Лоуридің қышқыл және негізге берген анықтамасы, ал екіншісі Льюйстің осы үғымдарға  берген ережесі.

Бернстед-Лоури бойынша: қышқылдар дегеніміз езінің молекулалық  қүрамынан протонды бөліп шығарып, оны басқа затқа бере алатын заттар, ал негіз-дер — керісіпше, протонды өзіне қосып алатын заттар. 
          Бернстед-Лоури бойынша органикалық заттардын, қышқылдылығы, оларды судың негіздік қасиеттерімен салыстырып барып анықталады. Басқаша айтқанда Бернстед-Лоури бойынша қышқылдың күші оның протонды беру қабілетіне, ал негіздің күші — оныц протонды ұстап тұруға ұмтылуына байланысты болады. Мына төмендегідей мысалдарды қарастырып өтейік.

Бұл көрсетілген мысалдардан  байқайтынымыз, ортофосфор қышқылын суда еріткенде Н₃РО₄ өзінің құрамынан бір протонын негізге (Н₂О) беріп жібереді. Соның нәтижесіндс Н₃О+ жаңа қышқылы және Н₂РО4 жаңа негізі пайда болады. Сол сияқты фторсутек аммиакпен әрекеттескенде өз құрамындағы протонын негізге беріп жіберуінің салдарынан реакциялық ортада жаңа қышқыл және жаңа негіз түзіледі. Дәл осындай жағдай хлорсутек анилинмен рсакцияға түскенде де байқалады. 
Жаңадан түзілген қышқылдар және негіздер, реакцияға түсетін өздері сияқты қышқылдар және негіздермен салыстырғанда әлде қайда әлсіз болады. 
Сонымен ортофосфор қышқылы, фторсутек және хлорсутек күшті қышқылдар болып табылады. Себебі олар өз қүрамдарынан протондарын басқа затқа тез беріп жібереді; керісінше Н₂РО₄", Ғ~ және С1~ иондары міндетті түрде әлсіз негіздер болуы қажет. Себебі олар өз қүрамдарында протонды ұстап тұруға бейімділігі жоқ. Сондықтан да осы көрсетілген реакциялардың бар-лығында да тепе-теңдік неғұрлым әлсіз қышқыл мен неғұрлым әлсіз негіз түзілетін жаққа қарай ығысқан. 
Егер ортофосфор қышқылының судағы ерітіндісін кез келген металдың гидроксидінің ерітіндісімен араластырып жіберетін болсақ,

онда қышқыл Н₃О⁺ (гидроксоний ионы) өзінің протонын металл гидроксидіндегі (ОН негізіне) беріп жібереді де, жана Н₂О қышқылы және жаңаН₂Онегізі пайда болады:

 

 
     

 

 

NН₄Ғ-дың судағы ерітіндісін кез келген МеОН пен араластырып жіберетін болсақ, онда да жоғарыда көрсетілгендей реакция жүреді: қышқыл NН⁴⁺ (аммоний ионы) өзінен бір протонды ОН~ негізіне беріп жібереді де, реакция нәтижесінде жаңа қышқыл Н₂0 және жаңа негіз NН₃ түзіледі: 
 
 
           Себебі, барлық жағдайларда да қышқыл мен негіз әрекеттесіп, нейтралдану реакциясы жүріп тұр Сонымен қатар, барлық жоғарыда көрсетілген реакцияларда, күшті негіз ОН^-(гидроксил-ионы) протонды өзіне тартып қосып алады да, әлсіз қышқылдық қасиет к-рсететін су молекуласын түзіп отырады.

Егер біз мысалымыздағы  қышқылдарды күштсріне сәйкес бір  қатарға үдемелете өсіріп орналастыратын болсақ, онда реакциялар кезінде жаңадан  пайда болатын негіздердің күші кері бағытта өзгереді. Қышқылдардың күштерінің өсуі: 
 
 
          Молекуласындағы оттегі, азот, күкірт, фосфор және т. б. орбитасында электроны мол атомдары бар көптеген органикалық заттар, су сияқты негіздік қасиет көрсете алады, яғни өзіне протонды қосып алады. Мысалы: спирттер, жай эфирлер эпоксидтер, альдегидтер, кетондар, аминдер және т. б.

Бренстед теориясына сүйеніп, кейбір қызықты деректерді түсінуге болады. Мысалы хлорсутектің молекуласы өте берік, кәдімгі жағдайда және сұйылған күйде электр тогын өткізбейді, себебі иондарға ыдырамайды. Бірақ  суда ерігенде ол өзінен протон бөледі, ал ол — бірден су молекуласымен  гидраттанады. Протонның гидраттану энергиясы 1130 кДЖ/моль.

Н + Н ₂О = Н₃О Н гидраттану = -1130кДж/ моль

 

 

 

Хлор ионы да аздаған мөлшерде энергия бөліп гидраттанады

Cl+H₂O = Cl*nH₂O H гидраттану = -322 кДж/моль 

    Бұл энергиялардың қосындысы хлорсутек молекуласын иондарға ыдыратуға қажет энергия мөлшерінен артық.

HCl H + Cl H иондану = 1377кДж/моль

Демек хлорсутектің әрбір  молін суда еріткенде 1377 + (-1130-322)= -75кДж/млдь жылу бөлінеді , ол ерітіндіні әжептәуір  жылытады .

HCl+ (n+1) H₂O H₃O + Cl * nH₂O H реакция =-75кДж/моль

Бұдан еріген заттың қасиетіне  еріткіш, яғни су айтарлықтай ететіні  көрінеді. Бұл Аррениустың иондық теориясыда судың судың инертті  орта сияқты әсерінің ескерілмеуіне  қате болмауына тағы да біздің көзімізді  жеткізеді.

Жоғарыда айтылғандай, протонды жеңіл беретін және толығымен  иондарға ыдырайтын қышқылдар –  күшті қышқылдар, ал протонды қиын беретін  — әлсіз қышқылдар болып табылады. Мынадай сұрақтар туындайды: Қышқыл молекуласынан протонды үзіп алуға  қажет энергия қайдан алынады? Бұл  жерде енді еріткіштің табиғаты басты  рөл атқарады. Судың құрылымы бұрышты, сондықтан ол диполь, электрон бұлтының ығысуынан оның молекуласының оттекті  бөлігі теріс зарядталған, сутек  атомдары орналасқан бөлігі – оң зарядталған.

Судың дипольдік молекуласын  шартты түрде былай белгілейді .

Су дипольінің әсерінен қышқыл молекуласынан бөлінетін «жалаңаш»  протон Н су молекуласына қосылады, бұл кезде энергияның едәуір мөлшері  бөлінеді.

Н + Н₂О Н * Н₂О (Н3О) Н = - 690 кДж/моль 

Бұрын қышқыл молекуласынан  протонды үзіп алуға жұмсалған энергияның шығыны гидраттану энергиясының есебінен толықтырылатыны айтылды. Кез келген еріткіш молекуласы еріген заттың протонын қосып алғанда бөлінетін энергияны протонтартқыштық деп айтады және П әріпімен белгілейді.

Егер кейбір маңызды еріткіштерді протонтартқыштықтың азаюы бойынша  орналастырса, мынадай қатар алады.

NH₃, NH₄, H₂O, HCN₃, HF, HPO₃, H₂S, HNO, HCl, H₂SO₄, HBr, HClO₄

Бұдан екі еріткішті араластырғанда қатардың басына жақын орналасқан негіз  ролі атқаратыны, ал қатардың соңына жақын  орналасқаны қышқыл болып табылатыны анық көрінеді. Бұл қатардың ортасында орналасқан еріткіштер екідайлы қасиет көрсетеді. Бұл тұжырымдаманы дәлелдеу үшін берілген мысалды қарастырайық.

Егер сусыз күкірт қышқылын суда ерітсе, онда протьон су молекуласына қосылады, өйткені оның протонтартқыштығы  қышқылға қарағанда жоғары болады.

H₂SO₄+ H₃O H₂O + H₂SO₄ 

 

 

 

Мұндай протолиттерге  тән екі жақты әректесудің  болуын олардың электөткізгіштігі  бойынша қарастыруға болады.

Шынынды да олар жекелеген  электр тогын мүлдем өткізбейді, бір-бірімен  араластырғанда олардың қоспасы  электрөткізгіш болып табылады.

Бұл олар әрекеттескенде катион мен анионнан тұратын электролиттер  түзілуімен түсіндіріледі.  

Казiргi кезде қышқылдар  мен негiздер туралы түсiнiктердi Бренстед және Лоури (1923 ж.) ұсынған протолиттiк  теория бередi. Бұл теория бойынша  протонды беретiн заттар қышқылдар, ал протонды қосып алатын заттар негiздер деп аталады. Протонның доноры мен  соған сәйкес келетiн протонның  акцепторы қабысқан қышқылды–негiздiк  жұп түзедi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

 
1. Ахметов Н.В. «Общая и неорганическая химия» М., ВШ, 1998г.

2. Огнесян Э.Т., Книжник А.З. «Неорганическая химия» М., 1981г.

3. Глинка Н.Л. «Общая химия» М.,ВШ, 1989г..

4. Угай Я.А. «Общая и неорганическая химия» М., ВШ, 1997г.

5. Глинка Н.Л. «Задачи и упражнения по общей химии» М., ВШ, 1988г.

6. Ә.К. Патсаев.,С.А. Шытыбаев., К.Н. Дәуренбеков. «Бейорганикалық және     

    Физколоидтық химия»

6. Құлажанов Қ.С. «Аналитикалық химия» ІІ томдық оқулық. 2005ж