Қышқылдар мен негіздердің қазіргі заманғы теориясы. Бренстед-Лоуридің протолиттік теориясы, протолиттік реакциялардың теңдеуін құрастыр

ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК ФАРМАЦЕВТИКА АКАДЕМИЯСЫ

Фармакогнозия және химия кафедрасы  

  

  

  

   

  

 Тақырыбы: Қышқылдар мен негіздердің қазіргі заманғы теориясы. Бренстед-Лоуридің протолиттік теориясы, протолиттік реакциялардың теңдеуін құрастыру. 

  

  

 

                                                        

 

 

                                                          Орындаған: Омарова А.

                                                               Тобы: 203 «А» ФК

                                                           Қабылдаған: Рустемова Г.С.               

 

 
ЖОСПАР:

 

1) Қышқылдар мен негіздер  туралы түсінік.

 
2) Бренстед және Лоуридің протолиттік  ерітінділер теориясы.

 
3) Күшті және әлсіз қышқылдар  мен негіздердің рН және рОН  есептеу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электролиттік диссоциация теориясы - Өткен тақырыптар бойынша қосылыстар ионды және ковалентті байланысты болатыны белгілі. Ал ковалентті байланыстың өзі екі түрге бөлінеді: полюсті және полюссіз. Заттардың кристалдык торларының типтері қосылыстардағы байланыс түрлеріне төуелді. Ал заттардың физикалық жөне химиялық қасиеттері тор типтеріне байланысты болады.

Ионды және ковалентті байланысты қосылыстардың ерекшеліктері олардың судағы ерітінділерінің қасиеттерінде де байқалады. Осы ерекшеліктерді бақылау үшін электрөткізгіштікті зерттейтін құралды пайдалануға болады.

1. Ыдысқа құрғақ қант пен ас тұзын кезекпен салып, оны электр желісіне қоссақ, электр шамы жанбайды, олай болса қатты күйіндегі заттарда ток тасымалдаушы бөлшектердің болмағаны.
2. Құрғақ қант пен ас тұзының орнына дистилденген су құйсақ та электр шамының жанбайтынын көреміз.
3. Келесі жолы қант пен ас тұзына су құйып, олардың ерітіндісін аламыз. Жүйені электр желісіне қосқанда ас тұзының ерітіндісі құйылған жағдайда электр шамының

жанғандығы, ал қант ерітіндісі құйылғанда, шамның жанбағандығы байқалады.

Енді осы екі қосылыстың айырмышылығы неде? Әрине, олардағы химиялық байланыстардың табиғатында. Қант молекуласында атомдар арасындағы байланыстар полюссіз, ал ас тұзындағы байланыс - ионды. Әрі қарай зертханада бар сілті, бейорганикалық қышқыл ерітінділерімен осы тәжірибені қайталағанда электр шамының жарқырап жануын, ал органикалық сірке қышқылының ерітіндісінде шамның нашар жануын байқаймыз.

Олай болса, шамның жануы заттардың ерітінділерінде токты тасымалдаушы бөлшектердің - иондардың - болуына байланысты.

Заттарды суда еріткенде немесе балқытканда иондарға ыдырауын диссоциация дейміз. Диссоциацияланатын заттар электролиттер, ал диссоциацияға ұшырамайтын заттар — бейэлектролиттпер (қант, глюкоза, спирт жөне кейбір жай газдардың (Н2,02, Н2) судағы ерітінділері жатады).

Бұл теорияның негізін 1887 жылы швед ғалымы С. Аррениус салған (Нобель сыйлығының лауреаты, 1903 жылы) Ол еруді тек физикалық құбылыс деп карастырды, диссоциациялану нәтижесінде бөлінген иондар еріткіш молекулаларына біртіндеп таралады деп санап, еріткіштің әсерін ескермеді.

 

Бренстед және Лоури (1923 ж.) ұсынған протолиттiк теория. 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.

 Мысалы :  

протонның доноры   протонның акцепторы  
 
( қышқыл ) : ( негiз ) : 
 
 
СH3COOH CH3COO- + H+ 
 
 
H2PO4- HPO42- + H+ 
 
 
NH4+ NH3 + H+ 
 
 
Протон қышқылдан негiзге ауысатын болғандықтан ертiндiде әрқашан да мынадай екi процесс жүредi : 
 
 
қышқыл 1 негiз 1 + Н+  
 
негiз 2 + H+ қышқыл 2 
 
 
қышқыл 1 + негiз 2 негiз 1 + қышқыл 2 
 
 
Мысалы : HCl H+ + Cl- 
 
NH3 + H+ NH4+ 
 
HCl + NH3 NH4+ + Cl- 
 
є-л 1 н-з 2 є-л 2 н-з 1 
 
 
Протолиттiк теориядан мынадай қорытындылар жасалады :

1.  
   Қышқыл мен негiздiң ролiн иондар мен бейтарап молекулалар атқаруы мүмкiн.
2.  
   Бiр зат белгiлi бiр жағдайларға байланысты қышқыл немесе негiз бола алады.
3.  
   Қышқыл мен негiздiң әрекеттесуi нәтижесiнде жаңа қышқыл мен негiз түзiледi.

 
Суда ерігенде немесе балқытқанда электр тоғын өткізетін заттарды электролиттер деп атайды. Электролиттерге молекуласындағы атомдар полярлы не иондық байланыспен қосылған қышқылдар, негіздер, тұздар сияқты сияқты заттар жатады. Электролиттер күшті және әлсіз болып бөлінеді. Электролиттердің зарядталған бөлшектерге – иондарға –ыдырау процесін иондық химиялық реакциялармен өрнектейді. Оң зарядталған иондар- катиондар, теріс зарядталған иондар – аниондар деп аталады. Қышқылдар суда протон доноры ретінде сутек катионына (протонға) және қышқыл қалдығы анионына ыдырайды. Негіздер суда протон акцепторы болып саналады, олар металл катионына және гидроксил анионына диссоциацияланады (ыдырайды). Электролиттердің иондарға ыдырау процесін элктролиттік диссоциация деп атаймыз. Электролиттік диссоциация-электролит молекулаларының еріткіштің полярлы молекулаларымен әрекеттесуінен тұратын күрделі физика-химиялық процесс. Ионданумен қатар нәтижесінде диссоциацияланбаған молекулалар түзілетін кері процесс жүреді, яғни электролиттік диссоциация –қайтымды процесс. 
 
Диссоциация процесін сандық түрде сипаттау үшін диссоциациялану дәрежесі және диссоциация тұрақтысы деген ұғымды пайдаланады. Электролиттік диссоциация дәрежесі (α) иондарға ыдыраған молекулалардың электролит молекулаларының жалпы санының қатынасына тең шама 
 
α ═n/N0 100 % 
 
мұнда n – иондарға ыдыраған молекулалардың саны. N0 -жалпы молекулалардың саны. 
 
Күшті электролиттерге α › 0,3 (немесе 30%) жоғары, ал әлсіз электролиттер үшін α ≤ 0,03(немесе 3%). Электролиттік диссоциациялану дәрежесі концентрацияға тәуелді, концентрация төмендеген сайын α жоғарлайды. Электролиттік диссоциация қайтымды үрдіс болғандықтан, химиялық тепе-теңдік заңдарын қолдануға болады, мысалы, мына процесс үшін: 
 
СН3СООН ↔ СН3СОО- + Н+ 
 
КД ═ [H+] ∙[ СН3^ СООН] / [СН3СООН] 
 
Мұнда [ ] –мольдік концентрация, КД – диссоциация процесінің тепе-теңдік тұрақтысы немесе, қысқаша диссоциация тұрақтасы деп аталады 
 
Сол сияқты,  
 
NH4OH ↔ NH4+ + OH- 
 
КД ═ [NH4+] ∙[ ОН-] / [NH4OH] 
 
Диссоциация тұрақтысы электролит табиғатына және температураға байланысты. КД жоғары болса, электролит иондарға жақсы ыдырайды. 
 
Электролиттік диссоциация дәрежесі мен диссоциация тұрақтысының өзара байланысы сандық түрде Оствальдтың сұйылту заңы деп аталатын теңдеуімен беріледі: 
 
 
КД ═ α2 ∙ С / 1-α 
 
Әлсіз электролиттер үшін α шамасын ескермеуге болады, онда 1-α 1 деп алса, теңдеу мына түрде жазылады: 
 
КД ═ α2 ∙ С  
 
 
^ Судың иондық көбейтіндісі. Сутектік көрсеткіш. рН-ты өлшеу әдістері. 
 
 
Су әлсіз электролит болғандықтан өте аз мөлшерде сутек және гидроксид иондарына ыдырайды: 
 
Н2О ↔ Н+ + ОН- 
 
 
Сутек иондарының концентрациясы ерітіндінің қышқылдығын, ал гидроксид иондарының концентрациясы сілтілігін көрсетеді. 
 
Сутек және гидроксид иондарының концентрацияларының көбейтіндісі таза су үшін де тұрақты болады. Оны судың иондық көбейтіндісі дейді және сан жағынан 220С-та 10-14 тең болады. 
 
 
[ Н+][ОН-] ═ 1014 
 
Бұл теңдеуді пайдаланып сутек иондарының концентрациясы белгілі болса, гидроксидтің концентрациясын, ал гидроксидтің концентрациясы белгілі болса сутек иондарның былай табады: 
 
 
 
Бірақ теріс дәрежелі сандарды пайдалану қолайсыз. Сондықтан ерітіндінің қышқылдығын немесе сілтілігін анықтау үшін сутек иондарының концентрациясын сутектік көрсеткіш арқылы белгілейді. 
 
 
^ Сутек иондары концентрациясының теріс таңбамен алынған ондық логарифмін сутекті көрсеткіш дейді және оны рН әріптерімен белгілейді: 
 
 
рН ═ - Ig [Н+] 
 
Егер ерітіндідегі сутек иондарының концентрациясы 10-4 болса, сутек көрсеткіш 4-ке тең: 
 
рН ═ - Ig [Н+]═ - 10-4 ═ 4 
 
 
Сонымен қатар осылайша гидроксил көрсеткішін табуға болады. 
 
^ Теріс таңбамен алынған гидроксил ионы концентрациясының ондық логарифмі гидроксил көрсеткіші деп аталады. 
 
 
рОН ═ - Ig [ОН-] 
 
 
Сутектік көрсеткіш рН-пен гидроксил көрсеткішінің рОН қосындысы 14 болады. 
 
 
рН + рОН ═ 14, бұдан рОН ═ 14- рН 
 
 
Бұл формула көмегімен ерітіндінің сутектік көрсеткіші арқылы гидроксил көрсеткішінің және керісінше табуға болады. 
 
 
Сутектік көрсеткіш арқылы ерітіндінің ортасын былай белгілейді. 
 
Бейтарап ортада рН ═ 7 
 
Қышқылдық ортада рН <7 
 
Сілтілік (негіздік) ортада рН>7 
 
Әр түрлі ерітінділердің рН-ның мәндері төменде келтірілген  
 
Әлсіз қышқылдар үшін: 
 
рН = ½ рК - ½ lg C,       рК = - lg К, С – ерітіндінің концентрациясы. 
 
Әлсіз негіздер үшін: 
 
рН = 14 - ½ рК + ½ lg C 
 
Күшті қышқылдар үшін рН = - lg C, күшті негіздер үшін рН = 14 + lg C. 
 
 
Ерітінділердің сутекті көрсеткішін әр түрлі индикаторлардың көмегімен анықтайды. Индикаторлар дегеніміз сутек немесе гидроксид иондарының әсерінен түсін өзгертетін органикалық заттар. Бұған фенолфталеин, метилоранж және лакмус жатады. Химиялық практикада, әсіресе, лакмус көп қолданылады. Лакмустың ерітіндісі қышқылдық ортада қызыл түске, сілтілік ортада көк түске боялады. 
 
Қазір ерітіндінің ортасын анықтау үшін әмбебап индикатор қағаз қолданылады. Оның түсі рН-1-ден 14-ке дейін әр түрлі боялған. Қағазды ерітіндіге батырып түсін салыстырады. 
 
Ғылыми зерттеуде, өндірісте арнайы рН метр деп аталатын аспаптар қолданылады. Олармен ерітіндінің нақты рН мөлшерін анықтайды.  
 
Өсімдік, жануар және адам ағзасында жүретін реакциялар белгілі бір ортада (рН тұрақты) өтетіні белгілі. Организм ерітінділерінің рН-ы аз ғана өзгеретін болса, ол әр түрлі керексіз жағдайларға соқтыруы мүмкін. Мысал үшін асқазан сөлінің рН-1,7 (күшті қышқыл), қан рН-7,4 (әлсіз сілті), сілекей рН-6,9 (әлсіз қышқыл), көз жасы рН-7(бейтарап) болады.  
 
Қиын (аз) еритін заттардың диссоциациясы. Еріту – ол тұнбаға түсу процесімен қатар жүретін, қайтымды процесс. Мысал ретінде AgCI қанық ерітіндідегі тепе-теңдікті қарастырайық: 
 
 
 
қатты зат ерітінді 
 
Гетерогенді жүйеде жүретін процестерге тән ерекшелік-еріген зат инымен және тұнба кристалдарының арасындағы қақтығу тек фазааралық жанасу бетінде ғана жүреді.  
 
 
 
 
Диссоциация кезіндегі қатты заттың концентрациясы [AgCI] тұрақты қалады. Демек, қиын (аз) еритін заттың [AgCI] иондары концентрациясының көбейтіндісі [Ag+] [CI-] оның қанық ерітіндісінде де тұрақты қалады, оның ерімталдық көбейтіндісі деп атайды да ЕК арқылы белгілейді. 
 
 
Ерігіштік (ерімталдық) көбейтіндісі әрекеттесуші заттардың концентрациялары бойынша тұнбалардың түзілу және еру мүмкіндігін есептеуге жол ашады:

1.  
   Аттас иондары бар болатын кезкелген бір күшті электролитті қиын еритін электролит ерітіндісіне қосқан кезде қиын еритін заттың ерігіштігі төмендейді және тұнбаға түсу толық болады. Мысалы: СаСО3 ерітіндісіне Na2CO3 қосқан кезде CO32- ионының концентрациясы жоғарлайды, ал Са2+ ионының концентрациясы төмендейді соған байланысты СаСО3 ерігіштігі төмендейді. (тұнбаға түседі)
2.  
   Қиын еритін зат тұнбаға түседі, егер ерітіндіде берілген температурадағы ерігіштік көбейтіндісінің шамасынан нақтылы иондар концентрациясының көбейтіндісі үлкен болса.

 

Льюис теориясы бойынша қышқылдар дегеніміз жұп электрон қосып алып коваленттік байланыс түзетін қосылыс,негіздер осы коваленттік байланыс түзу үшін жұп электрондарын бере алатын қосылыстар.

 

Усанович теориясы – қышқылдық-негіздік әрекеттесудің жалпылама теориясы. Оны академик М.И.Усанович ұсынған (1938). Теорияның басты ерекшелігі – 20 ғ-дан бері химиялық ғылымында қалыптасқан қышқылдық қасиеттің әмбебап иесі саналған сутекті жоққа шығару болды. Усанович қышқылдарға негізбен әрекеттесіп тұз түзуге қабілетті болатын бөлшектерді жатқызды. Солардың қатарында барлық катиондар, соның ішінде протондар бар. Негіздер қатарына табиғаттағы қышқылдарға қарама-қарсы заттар жатқызылады, өйткені олар қышқылдармен әрекеттескенде тұз түзеді. Демек, барлық аниондарда негіздік қабілетті бөлшек бар, себебі олар қышқылдық табиғаты бар катиондармен тікелей қосылып тұз түзеді.

Усановичтің қышқылдар мен негіздерге берген анықтамасы бұдан бұрынғы әйгілі болған иондық, сольвожүйелер және протондық, электрондық теориялардың анықтамаларын қамтиды.

Усанович теориясында химиядағы үйреншікті екі ұдайлылық (амфотерлік) қасиеттер кеңейте талқыланады, себебі ол барлық полюсті қосылыстарға тән. Полюсті бөлшектің молекуласының электр терістілігі жағынан катионқышқылдық, ал электрон жағынан анион-негіздік қабілетке ие болатындықтан олар әрдайым екі ұдайлылық қасиет көрсетеді. Жалпы алғанда заттар мен бөлшектердің әрекеттесетін серіктесіне байланысты қышқылдық немесе негіздік рөл атқаруы қышқылдық-негіздік табиғаттың салыстырмалы сипатқа ие болатынын дәлелдейді. Әрі бұл Усанович теориясының диалектілік мәнін аша түседі. Қарама-қарсы қасиеті бар заттар мен бөлшектердің, яғни қышқылдар мен негіздердің өзара күресі, дәлірек айтсақ, химиялық әрекеттесуі олардың бастапқы қасиеттерін әлсіретеді, көбіне түгелдей жойып жібермейді. Осыдан барып барлық дерлік заттарға белгілі бір дәрежеде қышқылдық (негіздік) қасиеттер тән деген қорытынды шығады, әрі ол сол заттың қышқылдар (негіздер) класына жатуына тәуелді еместігін көрсетеді.

Усанович теориясы дәстүрлі химиялық реакциялармен қатар кешентүзу процестерін де қамтиды. Ол көптеген жайлардың сырын айқын ашып берді. Мысалы, күрделі эфирлердің қалайы (ІВ) мен сүрменің (ІВ) галогенидтеріне қосылып, алил катионды бөліп, электролиттік диссоциацияға ұшырауын тек жалпылама теория тұрғысынан түсіндіруге болады. Кейбір аниондар электрон жұптарының доноры бола алмайды және протон қосып ала алмайды, алайда өзінен катиондар бөліп шығарып, күшті негіздік қасиет көрсете алады, олар ВН4 немесе АлН4. Бұл бөлшектер Льюис анықтамасы бойынша негіздерге жатпайды, өйткені бос электрон жұбы жоқ, дәл осылайша Бренетед көзқарасына сай өзіне протон қосып ала алмайтындықтан негіз бола алмайды. Ал өзінен Н-анионын бөле отырып, негіздік функцияға ие болатынын Усанович теориясы ғана дәлелдеп береді. Мұндай кешенді аниондарға сәйкес келетін сутекті қышқылдар бос күйінде кездеспейді, сондықтан оларды Усанович «болмайтын қышқылдар» деп атаған. Усанович теориясы кез келген жай және күрделі заттың, зарядты бөлшектің құрамына сүйеніп, олардың мүмкін болатын хим. қасиеттерін күні бұрын болжап бере алады. Усанович теориясы химияда кеңінен қолданыс тауып келе жатқан жалпылама теория болып саналады.

Электролиттік диссоциация теориясының қазіргі заманғы қағидалары:

1. Заттар суда ерігенде оң жөне теріс иондарға ыдырайды.
2. Диссоциацияның себебі - заттардың гидратациялануы. Электр

шамы жанады.

1. Электр тоғының әсерінен иондар катод пен анодқа бағытталады.
2. Диссоциация қайтымды үдеріс: диссоциация (ыдырау)↔ ассоциация (бірігу)
3. Электролиттер әр түрлі шамада диссоциацияланады (α).
4. Электролит ерітінділерінің химиялық касиеттері ондағы иондардың табиғатымен анықталады.
5. Элемент атомы мен оның ионының қасиеттері әр түрлі болады.

Иондар ерітінділерде гидратталған күйде болғанымен, заттардың диссоциациялану теңдеуін жазған кезде гидраттық қоршауын еске алмай, жалаң иондар күйінде жазылады. Бұл - жазу үдерісін оңайлату үшін жасалған шара. Электролит ерітінділерінде электр тогын тасымалдаушы иондар болады. Ондай электролиттерді екінші ретті өткізгіштер деп атайды.

 

Қазiргi кездегі қышқылдар мен негiздер туралы түсiнiктердi,

Тірі ағзадағы гидролиттік процестер заттардың алмасуына, қанның қышқылдығын қажетті деңгейде сақтауда маңызды қызмет атқарады. Дәрілік заттардың қышқылдық-негіздік қасиеттеріне байланысты олардың еру кезіндегі гидролизге ұшырау қабілетін еске алу керек. Бұл құбылыспен ауру адамға әртүрлі дәрілерді бір

мезгілде қабылдау және оларды бірге сақтау кезінде санасу қажет.

 

 

 

 

Әдебиеттер: 
 
 
1.Құлажанов Қ.С. Аналитикалық химия. Алматы. Білім. 1994. 
 
2. Цитович И.К. Курс аналитической химии. М., 2004. 
 
3. Васильев В.П. Аналитическая химия. кн. 1,2. М., Дрофа, 2003. 
 
4. Кельнер Р., Мерме Ж.М., Отто М., Видмер Г.М. Аналитическая химия. т. 1, 2. Перевод с англ. яз. М., Мир, 2004. 
 
5. Отто М. Современные методы аналитической химии т.1,2. М., Техносфера, 2003.  
 
6. Пономарев В.Д. Аналитическая химия, ч. 1, 2. М., ВШ, 1982. 
 
7. Золотов Ю.А. Основы аналитической химии,т.1,2, ВШ, 2000.