Skip to main content
Global

14.2: Brønsted-Lowry Acids na Msingi

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    188419

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • Kutambua asidi, besi, na conjugate jozi asidi-msingi kulingana na ufafanuzi wa Brønsted-Lowry
    • Andika equations kwa athari za asidi na msingi wa ionization
    • Tumia mara kwa mara ya bidhaa ya ioni kwa maji kuhesabu viwango vya hidroniamu na hidroksidi ion
    • Eleza tabia ya asidi-msingi ya vitu vya amphiprotic

    Darasa la majibu ya asidi-msingi limejifunza kwa muda mrefu. Mwaka 1680, Robert Boyle aliripoti sifa za ufumbuzi wa asidi ambazo zilijumuisha uwezo wao wa kufuta vitu vingi, kubadili rangi za rangi fulani za asili, na kupoteza sifa hizi baada ya kuwasiliana na ufumbuzi wa alkali (msingi). Katika karne ya kumi na nane, ilitambuliwa kuwa asidi na ladha ya siki, huguswa na chokaa ili kukomboa dutu la gesi (sasa linajulikana kuwa CO 2), na kuingiliana na alkali kuunda vitu vya neutral. Mwaka 1815, Humphry Davy alichangia sana maendeleo ya dhana ya kisasa ya asidi-msingi kwa kuonyesha kwamba hidrojeni ni sehemu muhimu ya asidi. Karibu wakati huo huo, Joseph Louis Gay-Lussac alihitimisha kuwa asidi ni vitu vinavyoweza kuondokana na besi na kwamba madarasa haya mawili ya vitu yanaweza kuelezwa tu kwa suala la kila mmoja. Umuhimu wa hidrojeni ulisisitizwa tena mwaka 1884 wakati Svante Arrhenius alifafanua asidi kama kiwanja kinachopasuka ndani ya maji ili kuzalisha cations hidrojeni (sasa inatambuliwa kuwa ioni za hidroniamu) na msingi kama kiwanja kinachopasuka ndani ya maji ili kuzalisha anioni hidroksidi.

    Johannes Brønsted na Thomas Lowry walipendekeza maelezo zaidi ya jumla mwaka wa 1923 ambapo asidi na besi zilifafanuliwa kwa suala la uhamisho wa ioni za hidrojeni, H +. (Kumbuka kuwa ioni hizi za hidrojeni mara nyingi hujulikana kama protoni tu, kwa kuwa chembe hiyo ya subatomiki ni sehemu pekee ya cations inayotokana na isotopu nyingi za hidrojeni, 1 H.) Kiwanja kinachochangia protoni kwa kiwanja kingine kinaitwa asidi ya Brønsted-Lowry, na kiwanja kinachopokea protoni kinaitwa msingi wa Brønsted-Lowry. Mmenyuko wa asidi-msingi ni, kwa hiyo, uhamisho wa proton kutoka kwa wafadhili (asidi) kwa kukubali (msingi).

    Dhana ya jozi za kuunganisha ni muhimu katika kuelezea athari za msingi za Brønsted-Lowry (na athari nyingine zinazobadilishwa, pia). Asidi inapochangia H +, spishi iliyobaki inaitwa msingi wa conjugate wa asidi kwa sababu humenyuka kama mpokeaji wa protoni katika mmenyuko wa reverse. Vivyo hivyo, wakati msingi unapokea H +, hubadilishwa kuwa asidi yake ya conjugate. Majibu kati ya maji na amonia yanaonyesha wazo hili. Katika mwelekeo wa mbele, maji hufanya kama asidi kwa kutoa protoni kwa amonia na hatimaye kuwa ion ya hidroksidi, OH -, msingi wa maji. Amonia hufanya kama msingi katika kukubali proton hii, kuwa ion ya amonia,NH4+,NH4+,asidi conjugate ya amonia. Katika mwelekeo wa nyuma, ion ya hidroksidi hufanya kama msingi katika kukubali proton kutoka ion ya amonia, ambayo hufanya kama asidi.

    Takwimu hii ina safu mbili. Katika safu zote mbili, mmenyuko wa kemikali huonyeshwa. Katika kwanza, formula za kimuundo hutolewa. Katika mfano huu, katika nyekundu, atomi ya H imeunganishwa na atomi ya F yenye dhamana moja. Atomu F ina jozi za nukta za elektroni juu, kulia, na chini. Hii inafuatwa na ishara ya pamoja, ambayo inafuatwa kwa buluu na atomu O ambayo ina atomi H moja kwa moja iliyofungwa juu na kulia. Atomu O ina jozi za nukta za elektroni kwenye pande zake za kushoto na za chini. Mshale mara mbili unafuata. Kwa upande wa kulia, katika mabano ni muundo na atomi ya kati ya O katika bluu, na atomi za bluu H pekee zimeunganishwa hapo juu na kulia. Jozi ya dots za elektroni za buluu ziko upande wa chini wa atomu O. Kwa upande wa kushoto wa atomi ya bluu O, atomi nyekundu ya H inaunganishwa moja kwa moja. Hii inafuatiwa na ishara ya pamoja na atomi ya F yenye rangi nyekundu na jozi za dots za elektroni hapo juu, kulia, chini, na kushoto. Atomi hii pia ina ishara mbaya ya superscript. Majibu yameandikwa kwa fomu ya mfano hapa chini. H F ni kinachoitwa katika nyekundu chini kama “Acid.” Hii ni kufuatiwa na pamoja H subscript 2 O, ambayo ni lebo katika bluu chini kama “Msingi.” Mshale wa upande mmoja unaofuata. Kwa haki ni H subscript 3 O superscript plus, ambayo ni lebo katika bluu chini kama “Acid.” Hii ni kufuatiwa na plus na F superscript hasi. Lebo hapa chini katika nyekundu inasoma, “Msingi.”

    Mmenyuko kati ya asidi ya Brønsted-Lowry na maji huitwa ionization ya asidi. Kwa mfano, wakati fluoride ya hidrojeni hupasuka katika maji na ionizes, protoni huhamishwa kutoka molekuli ya fluoride ya hidrojeni hadi molekuli za maji, hutoa ioni za hidroniamu na ioni za fluoride

    Takwimu hii ina safu mbili. Katika safu zote mbili, mmenyuko wa kemikali huonyeshwa. Katika kwanza, formula za kimuundo hutolewa. Katika mfano huu, katika nyekundu, ni O atomi ambayo ina H atomi wingle bonded juu na kulia. Atomu O ina jozi pekee za nukta za elektroni kwenye pande zake za kushoto na za chini. Hii inafuatiwa na ishara ya pamoja. Ishara ya pamoja inafuatiwa, kwa bluu, na atomi ya N yenye jozi moja ya dots za elektroni. Atomu ya N huunda dhamana mara mbili na atomi ya C, ambayo huunda dhamana moja na atomi ya C. Atomu ya pili ya C inaunda dhamana mara mbili na atomu nyingine ya C, ambayo huunda dhamana moja na atomi nyingine ya C. Atomu ya nne ya C inaunda dhamana mbili na atomi ya tano ya C, ambayo huunda dhamana moja na atomi ya N. Hii inajenga muundo wa pete. Kila atomu C pia huunganishwa na atomi ya H. Mshale wa usawa unafuata muundo huu. Kwa upande wa kulia, katika mabano ni muundo ambapo atomi ya N iliyounganishwa na atomi ya H, ambayo ni nyekundu, inaonekana. Atomu ya N huunda dhamana mara mbili na atomi ya C, ambayo huunda dhamana moja na atomi ya C. Atomu ya pili ya C inaunda dhamana mara mbili na atomu nyingine ya C, ambayo huunda dhamana moja na atomi nyingine ya C. Atomu ya nne ya C inaunda dhamana mbili na atomi ya tano ya C, ambayo huunda dhamana moja na atomi ya N. Hii inajenga muundo wa pete. Kila atomu C pia huunganishwa na atomi ya H. Nje ya mabano, kwa haki, ni ishara nzuri ya superscript. Mfumo huu unafuatiwa na ishara ya pamoja. Muundo mwingine unaoonekana katika mabano pia unaonekana. Atomu ya O yenye jozi tatu za nukta za elektroni huunganishwa na atomu ya H. Kuna ishara mbaya ya superscript nje ya mabano. Chini ya equation awali, ni equation hii: H subscript 2 plus C subscript 5 N H subscript 5 Msawazo mshale C subscript 5 N H subscript 6 superscript ishara chanya pamoja O H superscript hasi ishara. H subscript 2 O ni kinachoitwa, “asidi,” katika nyekundu. C subscript 5 N H subscript 5 ni kinachoitwa, “msingi,” katika bluu. C subscript 5 N H subscript 6 superscript ishara chanya ni kinachoitwa, “asidi” katika bluu. O H superscript ishara hasi ni lebo, “msingi,” katika nyekundu.

    Ionization ya msingi ya aina hutokea inapokubali protoni kutoka kwa molekuli za maji. Katika mfano hapa chini, molekuli ya pyridine, C 5 NH 5, inakabiliwa na ionization ya msingi wakati kufutwa katika maji, kutoa hidroksidi na ions pyridinium:

    Takwimu hii ina safu mbili. Katika safu zote mbili, mmenyuko wa kemikali huonyeshwa. Katika kwanza, formula za kimuundo hutolewa. Katika mfano huu, katika nyekundu, ni O atomi ambayo ina H atomi wingle bonded juu na kulia. Atomu O ina jozi pekee za nukta za elektroni kwenye pande zake za kushoto na za chini. Hii inafuatiwa na ishara ya pamoja. Ishara ya pamoja inafuatiwa, kwa bluu, na atomi ya N yenye jozi moja ya dots za elektroni. Atomu ya N huunda dhamana mara mbili na atomi ya C, ambayo huunda dhamana moja na atomi ya C. Atomu ya pili ya C inaunda dhamana mara mbili na atomu nyingine ya C, ambayo huunda dhamana moja na atomi nyingine ya C. Atomu ya nne ya C inaunda dhamana mbili na atomi ya tano ya C, ambayo huunda dhamana moja na atomi ya N. Hii inajenga muundo wa pete. Kila atomu C pia huunganishwa na atomi ya H. Mshale wa usawa unafuata muundo huu. Kwa upande wa kulia, katika mabano ni muundo ambapo atomi ya N iliyounganishwa na atomi ya H, ambayo ni nyekundu, inaonekana. Atomu ya N huunda dhamana mara mbili na atomi ya C, ambayo huunda dhamana moja na atomi ya C. Atomu ya pili ya C inaunda dhamana mara mbili na atomu nyingine ya C, ambayo huunda dhamana moja na atomi nyingine ya C. Atomu ya nne ya C inaunda dhamana mbili na atomi ya tano ya C, ambayo huunda dhamana moja na atomi ya N. Hii inajenga muundo wa pete. Kila atomu C pia huunganishwa na atomi ya H. Nje ya mabano, kwa haki, ni ishara nzuri ya superscript. Mfumo huu unafuatiwa na ishara ya pamoja. Muundo mwingine unaoonekana katika mabano pia unaonekana. Atomu ya O yenye jozi tatu za nukta za elektroni huunganishwa na atomu ya H. Kuna ishara mbaya ya superscript nje ya mabano. Haki, ni equation: k sawa [C subscript 5 N H subscript 6 superscript ishara chanya] [O H superscript hasi ishara] kila kugawanywa na [C subscript 5 N H subscript 5]. Chini ya equation awali, ni equation hii: H subscript 2 plus C subscript 5 N H subscript 5 Msawazo mshale C subscript 5 N H subscript 6 superscript ishara chanya pamoja O H superscript hasi ishara. H subscript 2 O ni kinachoitwa, “asidi,” katika nyekundu. C subscript 5 N H subscript 5 ni kinachoitwa, “msingi,” katika bluu. C subscript 5 N H subscript 6 superscript ishara chanya ni kinachoitwa, “asidi” katika bluu. O H superscript ishara hasi ni lebo, “msingi,” katika nyekundu.

    Athari za ionization zilizotangulia zinaonyesha kwamba maji yanaweza kufanya kazi kama msingi wote (kama katika mmenyuko wake na fluoride ya hidrojeni) na asidi (kama ilivyo katika majibu yake na amonia). Spishi zinazoweza ama kuchangia au kukubali protoni huitwa amphiprotiki, au kwa ujumla zaidi, amphoteriki, neno ambalo linaweza kutumika kwa asidi na besi kwa ufafanuzi zaidi ya moja ya Brønsted-Lowry. Ulinganisho hapa chini unaonyesha athari mbili za asidi-msingi kwa aina mbili za amphiprotic, ioni ya bicarbonate na maji:

    HCO3—(aq)+H2O(l) USHIRIKIANO32—(aq)+H3O+(aq) HCO3—(aq)+H2O(l) USHIRIKIANO32—(aq)+H3O+(aq)
    HCO3—(aq)+H2O(l) H2USHIRIKIANO3(aq)+OH—(aq) HCO3—(aq)+H2O(l) H2USHIRIKIANO3(aq)+OH—(aq)

    Equation ya kwanza inawakilisha mmenyuko wa bicarbonate kama asidi na maji kama msingi, ambapo pili inawakilisha mmenyuko wa bicarbonate kama msingi na maji kama asidi. Wakati bicarbonate inapoongezwa kwa maji, usawa huu wote umeanzishwa wakati huo huo na muundo wa suluhisho linaloweza kuamua kupitia mahesabu sahihi ya usawa, kama ilivyoelezwa baadaye katika sura hii.

    Katika hali ya kioevu, molekuli ya dutu ya amphiprotic inaweza kuitikia kwa kila mmoja kama ilivyoonyeshwa kwa maji katika equations chini:

    Takwimu hii ina safu mbili. Katika safu zote mbili, mmenyuko wa kemikali huonyeshwa. Katika kwanza, formula za kimuundo hutolewa. Katika mfano huu, katika zambarau, O atomi ambayo ina H atomi wingle bonded juu na kulia. Atomu O ina jozi za nukta za elektroni kwenye pande zake za kushoto na za chini. Hii inafuatiwa na ishara ya pamoja, ambayo inafuatwa kwa kijani na atomu O ambayo ina atomi H moja kwa moja iliyofungwa juu na kulia. Atomu O ina jozi za nukta za elektroni kwenye pande zake za kushoto na za chini. Mshale mara mbili unafuata. Kwa upande wa kulia, katika mabano ni muundo na atomi ya kati ya O katika kijani, na atomi za kijani H zimeunganishwa hapo juu na kulia. Jozi ya nukta za elektroni za kijani ziko upande wa chini wa atomu O. Kwa upande wa kushoto wa atomi ya kijani O, atomi ya rangi ya zambarau H inaunganishwa moja kwa moja. Nje ya mabano kwa haki ni superscript plus. Hii inafuatwa na ishara ya pamoja na atomi ya O yenye rangi ya zambarau na jozi za nukta za elektroni hapo juu, kushoto, na chini. Chembe H ni moja kwa moja iliyofungwa na haki. Atomi hii ina ishara mbaya ya superscript. Majibu yameandikwa kwa fomu ya mfano hapa chini. H subscript 2 O ni kinachoitwa katika zambarau chini kama “Acid subscript 1.” Hii ni kufuatiwa na pamoja H subscript 2 O, ambayo ni lebo katika kijani chini kama “Msingi subscript 2.” Mshale wa upande mmoja unaofuata. Kwa haki ni H subscript 3 O superscript plus, ambayo ni lebo katika kijani kama chini katika kama “Acid subscript 2.” Hii inafuatiwa na pamoja na O na jozi ya dots hapo juu, chini, na upande wa kushoto na H iliyofungwa moja kwa moja upande wa kulia na hasi ya superscript. Lebo hapa chini katika zambarau inasoma, “Msingi subscript 1.”

    Mchakato ambao kama molekuli huitikia kwa ions za mavuno huitwa autoionization. Maji ya kiowevu hupitia autoionization kwa kiwango kidogo sana; saa 25 °C, takriban mbili kati ya kila molekuli za maji bilioni ni ionized. Kiwango cha mchakato wa autoionization ya maji kinaonekana kwa thamani ya mara kwa mara ya usawa, mara kwa mara ya bidhaa ya ion kwa maji, K w:

    H2O(l)+H2O(l)⇌H3O+(aq)+OH-(aq)Kw=[H3O+][OH-]H2O(l)+H2O(l)⇌H3O+(aq)+OH-(aq)Kw=[H3O+][OH-]

    Ionization kidogo ya maji safi inaonekana kwa thamani ndogo ya mara kwa mara ya usawa; saa 25° C, K w ina thamani ya 1.0××10-14. Mchakato huu ni endothermic, na hivyo kiwango cha ionization na viwango vinavyotokana na ioni ya hidroniamu na hidroksidi ion huongezeka kwa joto. Kwa mfano, saa 100 °C, thamani ya K w ni karibu 5.6××10 -13, takriban mara 50 kubwa kuliko thamani ya 25 °C.

    Mfano 14.1

    Kiwango cha Ion katika Maji Safi

    Je, ni mkusanyiko wa ioni ya hidroniamu na mkusanyiko wa ioni ya hidroksidi katika maji safi katika 25 °C?

    Suluhisho

    Autoionization ya maji hutoa idadi sawa ya ions hidroniamu na hidroksidi. Kwa hiyo, katika maji safi, [H 3 O +] = [OH ∙] = x. Saa 25 °C:
    Kw=[H3O+][OH-]=(x)(x)=x2=1.0×10-14Kw=[H3O+][OH-]=(x)(x)=x2=1.0×10-14

    Hivyo:

    x=[H3O+]=[OH-]=1.0×10-14=1.0×10-7Mx=[H3O+]=[OH-]=1.0×10-14=1.0×10-7M

    Mkusanyiko wa ioni ya hidroniamu na mkusanyiko wa ioni ya hidroksidi ni sawa, 1.0××10 -7 M.

    Angalia Kujifunza Yako

    Bidhaa ya ioni ya maji kwenye 80 °C ni 2.4××10-13. Je, ni viwango gani vya hidroniamu na ioni hidroksidi katika maji safi kwenye 80 °C?

    Jibu:

    [H 3 O +] = [OH -] = 4.9××10 -7 M

    Mfano 14.2

    Uhusiano wa Inverse kati ya [H 3 O +] na [OH -]

    Suluhisho la asidi katika maji lina mkusanyiko wa ioni ya hydronium ya 2.0××10 -6 M. Je, ni mkusanyiko wa ioni ya hidroksidi saa 25 °C?

    Suluhisho

    Tumia thamani ya mara kwa mara ya bidhaa ya ioni kwa maji saa 25 °C
    2H2O(l)⇌H3O+(aq)+OH-(aq)Kw=[H3O+][OH-]=1.0×10-142H2O(l)⇌H3O+(aq)+OH-(aq)Kw=[H3O+][OH-]=1.0×10-14

    kuhesabu mkusanyiko wa usawa wa kukosa.

    Urekebishaji wa usemi wa K w unaonyesha kwamba [OH -] ni inversely sawia na [H 3 O +]:

    [OH-]=Kw[H3O+]=1.0×10-142.0×10-6=5.0×10-9[OH-]=Kw[H3O+]=1.0×10-142.0×10-6=5.0×10-9

    Ikilinganishwa na maji safi, ufumbuzi wa asidi huonyesha mkusanyiko mkubwa wa ioni za hidronium (kutokana na ionization ya asidi) na mkusanyiko wa chini wa ioni za hidroksidi. Hii inaweza kuelezwa kupitia kanuni ya Le Châtelier kama mabadiliko ya kushoto katika usawa wa autoionization wa maji kutokana na mkazo wa kuongezeka kwa mkusanyiko wa ioni ya hidronium.

    Kubadilisha viwango vya ioni katika kujieleza K w unathibitisha hesabu hii, na kusababisha thamani inayotarajiwa:

    Kw=[H3O+][OH-]=(2.0×10-6)(5.0×10-9)=1.0×10-14Kw=[H3O+][OH-]=(2.0×10-6)(5.0×10-9)=1.0×10-14

    Angalia Kujifunza Yako

    Je, ni mkusanyiko wa ioni ya hidroniamu katika suluhisho la maji yenye mkusanyiko wa ioni ya hidroksidi ya 0.001 M saa 25 °C?

    Jibu:

    [H 3 O +] = 1××10 -11 M

    Mfano 14.3

    Inawakilisha Tabia ya Asidi-Msingi ya Dutu ya Amphoteric

    Andika equations tofauti anayewakilisha majibu yaHSO3-HSO3-

    (a) kama asidi iliyo na OH -

    (b) kama msingi na HI

    Suluhisho

    (a)HSO3-(aq)+OH-(aq)⇌KWA HIVYO32(aq)+H2O(l)HSO3-(aq)+OH-(aq)⇌KWA HIVYO32(aq)+H2O(l)

    (b)HSO3-(aq)+HI(aq)⇌H2KWA HIVYO3(aq)+I-(aq)HSO3-(aq)+HI(aq)⇌H2KWA HIVYO3(aq)+I-(aq)

    Angalia Kujifunza Yako

    Andika equations tofauti anayewakilisha majibu yaH2PO4-H2PO4-

    (a) kama msingi na HbR

    (b) kama asidi iliyo na OH -

    Jibu:

    (a)H2PO4-(aq)+HbR(aq)⇌H3PO4(aq)+Br-(aq);H2PO4-(aq)+HbR(aq)⇌H3PO4(aq)+Br-(aq);(b)H2PO4-(aq)+OH-(aq)⇌HPO42(aq)+H2O(l)H2PO4-(aq)+OH-(aq)⇌HPO42(aq)+H2O(l)