Најважније из лекције
Киселина = донор протона (\(\text{H}^+\)); База = акцептор протона (\(\text{H}^+\)).
Протолитичка реакција: Пренос протона у коме учествују два конјугована пара. У једном ступњу се размењује само један \(\text{H}^+\).
Конјуговани пар: Киселина и њена конјугована база (или база и њена конјугована киселина) разликују се за тачно један \(\text{H}^+\) (нпр. \(\text{H}_2\text{O} / \text{OH}^-\), \(\text{NH}_4^+ / \text{NH}_3\)).
Амфолити: Супстанце са својствима и киселине и базе (нпр. \(\text{H}_2\text{O}, \text{HCO}_3^-, \text{H}_2\text{PO}_4^-\)).
Протолитичка реакција: Пренос протона у коме учествују два конјугована пара. У једном ступњу се размењује само један \(\text{H}^+\).
Конјуговани пар: Киселина и њена конјугована база (или база и њена конјугована киселина) разликују се за тачно један \(\text{H}^+\) (нпр. \(\text{H}_2\text{O} / \text{OH}^-\), \(\text{NH}_4^+ / \text{NH}_3\)).
Амфолити: Супстанце са својствима и киселине и базе (нпр. \(\text{H}_2\text{O}, \text{HCO}_3^-, \text{H}_2\text{PO}_4^-\)).
Бренстед–Лоријева теорија киселина и база проширује дефиницију киселости и базности на процесе ван водених раствора (нпр. у гасној фази или органским растварачима).
Киселина је супстанца која у реакцији предаје јон водоника (протон, \(\text{H}^+\)), односно она је донор протона.
База је супстанца која у реакцији прима јон водоника (\(\text{H}^+\)), односно она је акцептор протона.
Реакција у којој долази до преноса протона назива се протолитичка реакција (протолиза). У једном ступњу реакције размењује се само један протон.
Примањем протона настаје координативно-ковалентна веза, јер база уступа свој слободан електронски пар за грађење заједничког пара са \(\text{H}^+\). Настала веза се не разликује од осталих ковалентних веза у молекулу или јону.
Реакција гасовитог хлороводоника и гасовитог амонијака при којој настаје чврсти амонијум-хлорид:
\[ \text{HCl(g)} + \text{NH}_3\text{(g)} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{Cl}^- \quad (\text{тј. } \text{NH}_4\text{Cl(s)}) \]
\(\text{HCl}\) делује као киселина (донор \(\text{H}^+\)), а \(\text{NH}_3\) као база (акцептор \(\text{H}^+\)).
Конјуговани пар чине киселина и одговарајућа база које се међусобно разликују тачно за један протон (\(\text{H}^+\)).
\[ \underset{\text{к}_1}{\text{HA}} + \underset{\text{б}_2}{\text{B}} \rightleftharpoons \underset{\text{к}_2}{\text{BH}^+} + \underset{\text{б}_1}{\text{A}^-} \]
к₁, к₂ – киселине; б₁, б₂ – базе; парови су (к₁ / б₁) и (к₂ / б₂)
Када киселина преда протон, она прелази у своју конјуговану базу (\(\text{HA} \rightarrow \text{A}^- + \text{H}^+\)).
Када база прими протон, она прелази у своју конјуговану киселину (\(\text{B} + \text{H}^+ \rightarrow \text{BH}^+\)).
Када база прими протон, она прелази у своју конјуговану киселину (\(\text{B} + \text{H}^+ \rightarrow \text{BH}^+\)).
| Киселина | Конјугована база (\(-\text{H}^+\)) | База | Конјугована киселина (\(+\text{H}^+\)) |
|---|---|---|---|
| \(\text{HCl}\) | \(\text{Cl}^-\) | \(\text{HCOO}^-\) | \(\text{HCOOH}\) |
| \(\text{HSO}_4^-\) | \(\text{SO}_4^{2-}\) | \(\text{CO}_3^{2-}\) | \(\text{HCO}_3^-\) |
| \(\text{NH}_4^+\) | \(\text{NH}_3\) | \(\text{CH}_3\text{NH}_2\) | \(\text{CH}_3\text{NH}_3^+\) |
| \(\text{H}_3\text{O}^+\) | \(\text{H}_2\text{O}\) | \(\text{H}_2\text{O}\) | \(\text{H}_3\text{O}^+\) |
| \(\text{H}_2\text{PO}_4^-\) | \(\text{HPO}_4^{2-}\) | \(\text{HPO}_4^{2-}\) | \(\text{H}_2\text{PO}_4^-\) |
Одредити формулу конјуговане базе за киселину \(\text{HPO}_4^{2-}\) и формулу конјуговане киселине за базу \(\text{OH}^-\).
- Конјугована база се добија одузимањем једног \(\text{H}^+\): \(\text{HPO}_4^{2-} - \text{H}^+ \rightarrow \mathbf{PO}_4^{3-}\).
- Конјугована киселина се добија додавањем једног \(\text{H}^+\): \(\text{OH}^- + \text{H}^+ \rightarrow \mathbf{H}_2\mathbf{O}\).
Киселине морају садржати водоников атом везан тако да се може отпустити као \(\text{H}^+\). То могу бити:
- неутрални молекули: \(\text{HCl}\), \(\text{H}_2\text{S}\), \(\text{H}_2\text{SO}_4\), \(\text{CH}_3\text{OH}\), органске масне киселине (\(\text{RCOOH}\));
- катјони: \(\text{NH}_4^+\), \(\text{H}_3\text{O}^+\);
- ањони: \(\text{H}_2\text{PO}_4^-\), \(\text{HSO}_4^-\), \(\text{HCO}_3^-\).
Базе морају имати бар један слободан електронски пар за који се ковалентном везом може везати протон. То могу бити:
- неутрални молекули: \(\text{NH}_3\), органски амини (\(\text{CH}_3\text{NH}_2\)), пиридин (\(\text{C}_5\text{H}_5\text{N}\)), \(\text{H}_2\text{O}\);
- ањони: \(\text{OH}^-\), \(\text{CO}_3^{2-}\), \(\text{HCO}_3^-\), \(\text{Cl}^-\).
Амфолит је честица (супстанца) која под одређеним условима може деловати и као киселина (донор протона) и као база (акцептор протона).
Да би честица била амфолит, мора истовремено поседовати водоников атом који може отпустити и слободан електронски пар којим може везати протон.
Вода (\(\text{H}_2\text{O}\)) као амфолит:
- Као киселина (предаје протон амонијаку): \[ \underset{\text{к}_1}{\text{H}_2\text{O}} + \underset{\text{б}_2}{\text{NH}_3} \rightleftharpoons \underset{\text{к}_2}{\text{NH}_4^+} + \underset{\text{б}_1}{\text{OH}^-} \]
- Као база (прима протон од хлороводоника): \[ \underset{\text{к}_1}{\text{HCl}} + \underset{\text{б}_2}{\text{H}_2\text{O}} \rightleftharpoons \underset{\text{к}_2}{\text{H}_3\text{O}^+} + \underset{\text{б}_1}{\text{Cl}^-} \]
Најчешћи амфолити су: \(\text{H}_2\text{O}\), \(\text{HCO}_3^-\), \(\text{H}_2\text{PO}_4^-\), \(\text{HPO}_4^{2-}\), као и \(\text{NH}_3\) (у присуству изузетно јаких база може прећи у амидни јон, \(\text{NH}_2^-\)).
Реакција неутрализације као протолиза:
\[ \underset{\text{к}_1}{\text{H}_3\text{O}^+} + \underset{\text{б}_2}{\text{OH}^-} \rightleftharpoons \underset{\text{б}_1}{\text{H}_2\text{O}} + \underset{\text{к}_2}{\text{H}_2\text{O}} \]
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Напиши формуле:
а) конјуговане базе за \(\text{HNO}_3\) и \(\text{HSO}_4^-\);
б) конјуговане киселине за \(\text{NH}_3\) и \(\text{CO}_3^{2-}\).
а) конјуговане базе за \(\text{HNO}_3\) и \(\text{HSO}_4^-\);
б) конјуговане киселине за \(\text{NH}_3\) и \(\text{CO}_3^{2-}\).
а) Одузимањем \(\text{H}^+\):
\(\text{HNO}_3 \rightarrow \mathbf{NO}_3^-\)
\(\text{HSO}_4^- \rightarrow \mathbf{SO}_4^{2-}\)
б) Додавањем \(\text{H}^+\):
\(\text{NH}_3 \rightarrow \mathbf{NH}_4^+\)
\(\text{CO}_3^{2-} \rightarrow \mathbf{HCO}_3^-\)
\(\text{HNO}_3 \rightarrow \mathbf{NO}_3^-\)
\(\text{HSO}_4^- \rightarrow \mathbf{SO}_4^{2-}\)
б) Додавањем \(\text{H}^+\):
\(\text{NH}_3 \rightarrow \mathbf{NH}_4^+\)
\(\text{CO}_3^{2-} \rightarrow \mathbf{HCO}_3^-\)
Задатак 2 (средњи): Допуни једначине протолитичких реакција и обележи конјуговане парове киселина и база:
а) \(\text{HF} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons ?\)
б) \(\text{H}_3\text{O}^+ + \text{CO}_3^{2-} \rightleftharpoons ?\)
а) \(\text{HF} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons ?\)
б) \(\text{H}_3\text{O}^+ + \text{CO}_3^{2-} \rightleftharpoons ?\)
а) \(\text{HF}\) предаје протон води:
\[ \underset{\text{к}_1}{\text{HF}} + \underset{\text{б}_2}{\text{H}_2\text{O}} \rightleftharpoons \underset{\text{б}_1}{\text{F}^-} + \underset{\text{к}_2}{\text{H}_3\text{O}^+} \]
(Парови: \(\text{HF}/\text{F}^-\) и \(\text{H}_3\text{O}^+/\text{H}_2\text{O}\))
б) \(\text{H}_3\text{O}^+\) предаје протон карбонатном јону: \[ \underset{\text{к}_1}{\text{H}_3\text{O}^+} + \underset{\text{б}_2}{\text{CO}_3^{2-}} \rightleftharpoons \underset{\text{б}_1}{\text{H}_2\text{O}} + \underset{\text{к}_2}{\text{HCO}_3^-} \] (Парови: \(\text{H}_3\text{O}^+/\text{H}_2\text{O}\) и \(\text{HCO}_3^-/\text{CO}_3^{2-}\))
б) \(\text{H}_3\text{O}^+\) предаје протон карбонатном јону: \[ \underset{\text{к}_1}{\text{H}_3\text{O}^+} + \underset{\text{б}_2}{\text{CO}_3^{2-}} \rightleftharpoons \underset{\text{б}_1}{\text{H}_2\text{O}} + \underset{\text{к}_2}{\text{HCO}_3^-} \] (Парови: \(\text{H}_3\text{O}^+/\text{H}_2\text{O}\) и \(\text{HCO}_3^-/\text{CO}_3^{2-}\))
Задатак 3 (средњи): Од наведених честица издвој оне које се понашају као амфолити и напиши одговарајуће конјуговане киселине и конјуговане базе за њих:
\[ \text{Cl}^-, \quad \text{HCO}_3^-, \quad \text{H}_3\text{O}^+, \quad \text{H}_2\text{PO}_4^- \]
Амфолити су честице које могу и да приме и да отпусте протон: \(\text{HCO}_3^-\) и \(\text{H}_2\text{PO}_4^-\).
- За \(\text{HCO}_3^-\):
Конјугована киселина (\(+\text{H}^+\)): \(\mathbf{H}_2\mathbf{CO}_3\)
Конјугована база (\(-\text{H}^+\)): \(\mathbf{CO}_3^{2-}\) - За \(\text{H}_2\text{PO}_4^-\):
Конјугована киселина (\(+\text{H}^+\)): \(\mathbf{H}_3\mathbf{PO}_4\)
Конјугована база (\(-\text{H}^+\)): \(\mathbf{HPO}_4^{2-}\)
Задатак 4 (тежак): Када се хидрогенкарбонатни јон (\(\text{HCO}_3^-\)) нађе у раствору који садржи:
1. хидроксидне јоне (\(\text{OH}^-\)),
2. хидронијум-јоне (\(\text{H}_3\text{O}^+\)),
напиши једначине протолитичких реакција, обележи парове и одреди у којој реакцији се \(\text{HCO}_3^-\) понаша као киселина, а у којој као база.
1. хидроксидне јоне (\(\text{OH}^-\)),
2. хидронијум-јоне (\(\text{H}_3\text{O}^+\)),
напиши једначине протолитичких реакција, обележи парове и одреди у којој реакцији се \(\text{HCO}_3^-\) понаша као киселина, а у којој као база.
1. У реакцији са \(\text{OH}^-\), јон \(\text{HCO}_3^-\) предаје протон и понаша се као киселина:
\[ \underset{\text{к}_1}{\text{HCO}_3^-} + \underset{\text{б}_2}{\text{OH}^-} \rightleftharpoons \underset{\text{б}_1}{\text{CO}_3^{2-}} + \underset{\text{к}_2}{\text{H}_2\text{O}} \]
2. У реакцији са \(\text{H}_3\text{O}^+\), јон \(\text{HCO}_3^-\) прима протон и понаша се као база:
\[ \underset{\text{б}_2}{\text{HCO}_3^-} + \underset{\text{к}_1}{\text{H}_3\text{O}^+} \rightleftharpoons \underset{\text{к}_2}{\text{H}_2\text{CO}_3} + \underset{\text{б}_1}{\text{H}_2\text{O}} \]
