Autoprotolýza

Autoprotolýza je homofázický proces samoionizace, reverzibilní proces přenosu protonů z jedné neutrální molekuly kapaliny do druhé a v důsledku toho tvorba stejného počtu kationtů a aniontů.

Autoprotolýza jako acidobazická interakce

Pojetí autoprotolýzy vyplývá z Brønsted - Lowryho protonové teorie kyselin a zásad . V něm byl koncept kyselin a zásad spojen v jediný celek, projevující se v interakci acidobazické. Podstatou Brönsted-Lowryho acidobazické interakce je přenos protonu z kyseliny na bázi. Současně se do jakékoli interakce mezi kyselinami a zásadami podílejí dva páry konjugovaných kyselin a zásad ( protolity ):

{\mathsf {A1+B2\rightleftarrows A2+B1}}

Rozpouštědla, která jsou protolity k rozpuštěným látkám, se nazývají protická rozpouštědla . Patří sem voda H 2 O, amoniak NH 3 , fluorovodík HF, kyselina octová CH 3 COOH atd. Hlavní vlastností všech protických rozpouštědel je schopnost jejich molekul autoprotolýzy: každé protické rozpouštědlo je vůči sobě amfolytem [ 1] .

Reakce autoprotolýzy obecně odpovídá rovnici:

{\mathsf {2HL\rightleftarrows H_{2}L^{+}+L^{-}}}

V tomto případě tzv. lyonium ( rozpouštědlový kationt ) H 2 L + (kyselina konjugovaného páru H 2 L + / HL) a liat ( anion rozpouštědla ) L - (báze konjugovaného páru HL / L - ) [ 1] se tvoří . Takže u vody probíhá autoprotolýza s tvorbou hydroxoniových kationtů H 3 O + a hydroxidových iontů, OH - ):

{\mathsf {2H_{2}O\rightleftarrows H_{3}O^{+}+OH^{-}}}

Tato rovnováha se nazývá autoprotolytická rovnováha vody .

Autoprotolýza je charakteristická nejen pro vodu, ale také pro mnoho dalších protických rozpouštědel, jejichž molekuly jsou spojeny vodíkovými vazbami , jako je amoniak , methanol a fluorovodík :

{\mathsf {2NH_{3}\rightleftarrows NH_{4}^{+}+NH_{2}^{-}}}

{\displaystyle {\mathsf {2CH_{3}OH\rightleftarrows CH_{3}OH_{2}^{+}+CH_{3}O^{-))))

{\displaystyle {\mathsf {2HF\rightleftarrows H_{2}F^{+}+F^{-))))

Autoprotolytická konstanta

Aplikace zákona hmotnostního působení na rovnovážnou homofázovou reakci autoprotolýzy umožňuje získat kvantitativní charakteristiku - autoprotolýzní konstantu (jinak iontový produkt ) rozpouštědla K S . Termín " konstanta autoprotolýzy " se obvykle používá v protolytické teorii a " iontový produkt " v teorii elektrolytické disociace [ 2 ] .

Pro protické rozpouštědlo HL lze zapsat odpovídající rovnovážnou konstantu:

{\mathsf {K_{c}={\frac {[L^{-}]\cdot [H_{2}L^{+}]}{[HL]^{2))}=const= f(T)}}

Stupeň protolýzy je velmi nízký, a proto je rovnovážná molární koncentrace neprotolyzovaných molekul rozpouštědla [HL] prakticky rovna počáteční koncentraci tohoto rozpouštědla C HL , to znamená, že je konstantní.

Spojením konstant K c a [HL] 2 do jedné konstanty K c · [HL] 2 a jejím označením K s dostaneme výraz:

{\mathsf {K_{s}={[L^{-}]\cdot [H_{2}L^{+}]}=const=f(T)))

Hodnota Ks, autoprotolytická konstanta nebo iontový produkt rozpouštědla, slouží jako kvantitativní charakteristika autoprotolytické reakce daného rozpouštědla. Autoprotolytická konstanta je konstantní hodnota pro danou teplotu a dané rozpouštědlo .

Například pro kyselinu octovou:

{\mathsf {2CH_{3}COOH\rightleftarrows CH_{3}COOH_{2}^{+}+CH_{3}COO^{-};\ \ \ K_{s}=2,5\cdot 10^{-13},20^{o}C}}

Protože hodnoty autoprotolytických konstant jsou velmi malé, v praxi se pro pohodlí používá hodnota, která se nazývá „ index autoprotolytické konstanty “. Vypočítá se jako záporný dekadický logaritmus autoprotolytické konstanty:

{\displaystyle {\mathsf {pK_{s}=-lgK_{s))))

Ukazatele autoprotolytických konstant některých rozpouštědel jsou uvedeny v tabulce [3] .

Solventní	pKs _
Dimethylsulfoxid	33.3
Amoniak (kapalný)	32.5
Acetonitril	32.2
Methylethylketon	25.7
Hydrazin	24.7
terc-butylalkohol	22.8
Isoamylalkohol	21.4
Aceton (enol forma)	21.1
Kyselina octová (bezvodá)	12.6
Voda	14.0
Fluorovodík	10,0
Kyselina mravenčí	6.30
Kyselina sírová	5,0

Autoprotolýza vody

Nejdůležitější je autoprotolýza vody. Autoprotolytická konstanta pro vodu se obvykle nazývá iontový produkt vody a označuje se jako . Iontový součin je číselně roven součinu rovnovážných koncentrací hydroniových iontů a hydroxidových aniontů. Obvykle se používá zjednodušený zápis: ${\displaystyle K_{w))$

{\mathsf {K_{w}=[H^{+}]\cdot [OH^{-}]}}

Za standardních podmínek je iontový součin vody 10 −14 . Je konstantní nejen pro čistou vodu, ale i pro zředěné vodné roztoky látek. Autoprotolýza vody vysvětluje, proč čistá voda, i když je špatná, stále vede elektřinu.

Na základě iontového součinu vody, hodnoty pH a konstanty hydrolýzy solí se vypočítává solvatační konstanta ( součin rozpustnosti ) - nejdůležitější charakteristiky rovnovážných procesů v roztocích elektrolytů.

Literatura

Ugay Ya. A. Obecná a anorganická chemie. - Moskva: Vyšší škola, 1997. - 527 s.
Achmetov N.S. Obecná a anorganická chemie. - Moskva: Vyšší škola, 2001. - S. 209. - 743 s. — ISBN 5-06-003363-5 .

Viz také

Poznámky

↑ 1 2 Protická rozpouštědla a jejich autoprotolýza Archivováno 19. června 2011 na Wayback Machine / Protolytické rovnováhy. Autoři: prof. R. A. Lidin, prof. L. Yu Alikberová. Za generální redakce prof. B. D. Stepina. Toolkit. - M., MITHT, 2001
↑ Autoprotolytická konstanta (iontový produkt) Archivní kopie z 2. října 2011 na Wayback Machine / Zhukov S. T. Chemistry. třída 10-11.
↑ Indikátory autoprotolýzních konstant pK s a permitivit ε některých nevodných rozpouštědel . - referenční tabulka. Získáno 28. srpna 2011. Archivováno z originálu 19. ledna 2013. (Ruština)

Slovníky a encyklopedie	Britannica (online)