Autoprotolys

Autoprotolys är en homofasisk självjoniseringsprocess, en reversibel process för protonöverföring från en neutral vätskemolekyl till en annan och bildandet av lika många katjoner och anjoner som ett resultat.

Autoprotolys som en syra-basinteraktion

Begreppet autoprotolys följer av Brønsted- Lowrys protonteorin om syror och baser . I den kombinerades begreppet syror och baser till en enda helhet, manifesterad i syra-bas-interaktionen. Kärnan i Brönsted-Lowry-syra-basinteraktionen är överföringen av en proton från en syra till en bas. Samtidigt är två par konjugerade syror och baser ( protoliter ) involverade i alla syra-basinteraktioner:

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

Lösningsmedel som är protoliter till lösta ämnen kallas protiska lösningsmedel . Dessa inkluderar vatten H 2 O, ammoniak NH 3 , vätefluorid HF, ättiksyra CH 3 COOH, etc. Den huvudsakliga egenskapen hos alla protiska lösningsmedel är deras molekylers förmåga att autoprotolysera: varje protiskt lösningsmedel är en amfolyt med avseende på sig själv [ 1] .

Reaktionen av autoprotolys motsvarar i allmänhet ekvationen:

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

I detta fall, den så kallade lyonium ( lösningsmedelskatjon ) H 2 L + (syra i det konjugerade paret H 2 L + / HL) och liat ( lösningsmedelsanjon ) L - (basen av det konjugerade paret HL / L - ) [ 1] bildas . Så för vatten fortsätter autoprotolys med bildandet av hydroxoniumkatjoner H 3 O + och hydroxidjoner, OH - ):

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

Denna jämvikt kallas vattenautoprotolysjämvikten .

Autoprotolys är karakteristisk inte bara för vatten, utan också för många andra protiska lösningsmedel vars molekyler är sammanlänkade med vätebindningar , såsom ammoniak , metanol och vätefluorid :

{\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^{-))))

Autoprotolyskonstant

Tillämpningen av lagen om massverkan på jämviktshomofasreaktionen av autoprotolys gör det möjligt att erhålla en kvantitativ egenskap - autoprotolyskonstanten (annars jonprodukten ) av lösningsmedlet K S . Termen " autoprotolyskonstant " används vanligtvis i den protolytiska teorin och " jonisk produkt " i teorin om elektrolytisk dissociation [2] .

För det protiska lösningsmedlet HL kan motsvarande jämviktskonstant skrivas:

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

Graden av protolys är mycket låg och därför är den molära jämviktskoncentrationen av icke-protolyserade lösningsmedelsmolekyler [HL] praktiskt taget lika med den initiala koncentrationen av detta lösningsmedel CHL , det vill säga den är konstant.

Genom att kombinera konstanterna K c och [HL] 2 till en konstant K c · [HL] 2 och beteckna den K s , får vi uttrycket:

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

Ks-värdet, autoprotolyskonstanten eller lösningsmedlets joniska produkt, tjänar som en kvantitativ egenskap för autoprotolysreaktionen för ett givet lösningsmedel. Autoprotolyskonstanten är ett konstant värde för en given temperatur och ett givet lösningsmedel .

Till exempel för ättiksyra:

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

Eftersom värdena på autoprotolyskonstanterna är mycket små, används i praktiken för bekvämlighets skull ett värde som kallas " autoprotolyskonstantindex ". Den beräknas som den negativa decimallogaritmen för autoprotolyskonstanten:

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

Indikatorerna för autoprotolyskonstanter för vissa lösningsmedel anges i tabellen [3] .

Lösningsmedel	pKs _
Dimetylsulfoxid	33.3
Ammoniak (flytande)	32,5
Acetonitril	32.2
Metyletylketon	25.7
Hydrazin	24.7
tert-butylalkohol	22.8
Isoamylalkohol	21.4
Aceton (enolform)	21.1
Ättiksyra (vattenfri)	12.6
Vatten	14,0
Vätefluorid	10,0
Myrsyra	6.30
Svavelsyra	5.0

Autoprotolys av vatten

Det viktigaste är autoprotolys av vatten. Autoprotolyskonstanten för vatten brukar kallas för jonprodukten av vatten och betecknas som . Den joniska produkten är numeriskt lika med produkten av jämviktskoncentrationerna av hydroniumjoner och hydroxidanjoner. En förenklad notation används vanligtvis: ${\displaystyle K_{w))$

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

Under standardförhållanden är den joniska produkten av vatten 10 −14 . Det är konstant inte bara för rent vatten, utan också för utspädda vattenlösningar av ämnen. Autoprotolys av vatten förklarar varför rent vatten, även om det är dåligt, fortfarande leder elektricitet.

På basis av den joniska produkten av vatten, pH- värdet och salthydrolyskonstanten , beräknas solvatiseringskonstanten ( löslighetsprodukten ) - de viktigaste egenskaperna hos jämviktsprocesser i elektrolytlösningar.

Litteratur

Ugay Ya. A. Allmän och oorganisk kemi. - Moskva: Högre skola, 1997. - 527 s.
Akhmetov N.S. Allmän och oorganisk kemi. - Moskva: Högre skola, 2001. - S. 209. - 743 sid. — ISBN 5-06-003363-5 .

Se även

Anteckningar

↑ 1 2 Protiska lösningsmedel och deras autoprotolys Arkiverad 19 juni 2011 på Wayback Machine /Protolytic equilibria. Författare: prof. R. A. Lidin, prof. L. Yu. Alikberova. Under allmän redaktion av prof. B.D. Stepina. Verktygslåda. - M., MITHT, 2001
↑ Autoprotolyskonstant (jonisk produkt) Arkivkopia av 2 oktober 2011 på Wayback Machine / Zhukov S. T. Chemistry. 10-11 klass.
↑ Indikatorer för autoprotolyskonstanter pK s och permittiviteter ε för vissa icke-vattenhaltiga lösningsmedel . - referenstabell. Hämtad 28 augusti 2011. Arkiverad från originalet 19 januari 2013. (ryska)

Ordböcker och uppslagsverk	Britannica (online)