Bronsted Lowryn happojen ja emästen teoria

Brønsted-Lowry-happo-emästeoria (tai Bronsted Lowry -teoria) tunnistaa vahvat ja heikot hapot ja emäkset sen perusteella, hyväksyykö tai lahjoittaako laji protoneja tai H⁺. Teorian mukaan happo ja emäs reagoivat toistensa kanssa aiheuttaen hapon muodostumisen konjugaattiemäs ja perusta muodostamaan sen konjugaattihappo vaihtamalla protoni. Teorian ehdottivat itsenäisesti Johannes Nicolaus Brønsted ja Thomas Martin Lowry vuonna 1923.

Pohjimmiltaan Brønsted-Lowry happo-emästeoria on yleinen muoto Arrhenius-teoria hapot ja emäkset. Arrhenius-teorian mukaan Arrhenius-happo voi lisätä vetyionia (H⁺) pitoisuus vesiliuoksessa, kun taas Arrhenius-emäs on laji, joka voi lisätä hydroksidionia (OH^-) pitoisuus vedessä. Arrhenius-teoria on rajoitettu, koska se tunnistaa vain vesipohjaiset happa-emäsreaktiot. Bronsted-Lowry-teoria on kattavampi määritelmä, joka kykenee kuvaamaan happo-emäs-käyttäytymistä laajemmilla olosuhteilla. Riippumatta liuottimesta, Bronsted-Lowry-happo-emäsreaktio tapahtuu aina, kun protoni siirretään yhdestä reagenssista toiseen.

Keskeiset takeet: Brønsted-Lowry happo-emästeoria

• Bronsted-Lowry-happo on kemiallinen laji, joka kykenee luovuttamaan protonin tai vetykationin.
• Bronsted-Lowry-emäs on kemiallinen laji, joka kykenee hyväksymään protonin. Toisin sanoen, se on laji, jolla on yksinäinen elektronipari käytettävissä sitoutumiseen H: hon⁺.
• Sen jälkeen kun Bronsted-Lowry-happo on luovuttanut protonin, se muodostaa konjugaatin emäksensä. Bronsted-Lowry-emäksen konjugaattihappo muodostuu heti kun se hyväksyy protonin. Konjugaattihappo-emäsparilla on sama molekyylikaava kuin alkuperäisellä happo-emäsparilla, paitsi että hapolla on vielä yksi H⁺ verrattuna konjugaattiemäkseen.
• Vahvat hapot ja emäkset määritellään yhdisteiksi, jotka ionisoivat täysin vedessä tai vesiliuoksessa. Heikot hapot ja emäkset dissosioituvat vain osittain.
• Tämän teorian mukaan vesi on amfoteerinen ja voi toimia sekä Bronsted-Lowry-hapon että Bronsted-Lowry-emäksenä.

Toisin kuin Arrhenius-happo ja emäkset, Bronsted-Lowry-hapot-emäsparit voivat muodostua ilman reaktio vesiliuoksessa. Esimerkiksi ammoniakki ja vetykloridi voivat reagoida muodostaen kiinteän ammoniumkloridin seuraavan reaktion mukaisesti:

NH₃(g) + HCI (g) → NH₄Cl (t)

Tässä reaktiossa Bronsted-Lowry-happo on HCI, koska se luovuttaa vetyä (protoni) NH: ksi₃, Bronsted-Lowry-emäs. Koska reaktio ei tapahdu vedessä ja koska kumpikaan reagenssista ei muodostanut H: tä⁺ tai OH^-, tämä ei olisi Arrheniuksen määritelmän mukaista happo-emäsreaktiota.

Kloorivetyhapon ja veden välisessä reaktiossa on helppo tunnistaa konjugaattihappo-emäsparit:

HCI (aq) + H₂O (l) → H₃O⁺ + Cl^-(Aq)

Suolahappo on Bronsted-Lowry-happo, kun taas vesi on Bronsted-Lowry-emäs. Suolahapon konjugaattiemäs on kloridi-ioni, kun taas veden konjugaattihappo on hydronium-ioni.

Kun komissiota pyydetään tunnistamaan, sisältyykö kemialliseen reaktioon vahvoja happoja tai emäksiä vai heikkoja, se auttaa tarkastelemaan reagenssien ja tuotteiden välistä nuolta. Vahva happo tai emäs dissosioituu täysin ioneihinsa, jättämättä dissosioitumattomia ioneja reaktion päättymisen jälkeen. Nuoli osoittaa tyypillisesti vasemmalta oikealle.

Toisaalta heikot hapot ja emäkset eivät hajoa täysin, joten reaktio-nuoli osoittaa sekä vasemmalle että oikealle. Tämä osoittaa dynaamisen tasapainon syntyneen, jossa heikko happo tai emäs ja sen dissosioitunut muoto pysyvät molemmat liuoksessa.

Esimerkki jos heikon hapon etikkahapon dissosiaatio hydroniumionien ja asetaatti-ionien muodostamiseksi vedessä:

CH₃COOH (aq) + H₂O (l) - H₃O⁺(aq) + CH₃KUJERTAA^-(Aq)

Käytännössä sinua saatetaan pyytää kirjoittamaan vastaus sen sijaan, että se olisi antanut sinulle. On hyvä muistaa lyhyt luettelo vahvoista hapoista ja vahvat emäkset. Muita protoninsiirtoon kykeneviä lajeja ovat heikot hapot ja emäkset.

Jotkut yhdisteet voivat toimia joko heikkona happana tai heikkona emäksenä tilanteesta riippuen. Esimerkki on vetyfosfaatti, HPO₄^2-, joka voi toimia hapkona tai emäksenä vedessä. Kun eri reaktiot ovat mahdollisia, tasapainotilanteita ja pH: ta käytetään määrittämään reaktion etenemissuunta.