Autoprotolyysi

Autoprotolyysi on homofaasinen itseionisaatioprosessi, palautuva prosessi, jossa protoni siirtyy neutraalista nestemolekyylistä toiseen ja tuloksena muodostuu yhtä suuri määrä kationeja ja anioneja.

Autoprotolyysi happo-emäs-vuorovaikutuksena

Autoprotolyysin käsite seuraa Brønsted - Lowryn happojen ja emästen protoniteoriaa . Siinä happojen ja emästen käsite yhdistettiin yhdeksi kokonaisuudeksi, joka ilmeni happo-emäsvuorovaikutuksessa. Brönsted-Lowryn happo-emäsvuorovaikutuksen ydin on protonin siirtyminen haposta emäkseen. Samanaikaisesti kaksi paria konjugoituja happoja ja emäksiä ( protoliitteja ) osallistuu mihin tahansa happo-emäsvuorovaikutukseen:

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

Liuottimia, jotka ovat liuenneiden aineiden protoliittejä, kutsutaan proottisiksi liuottimiksi . Näitä ovat vesi H 2 O, ammoniakki NH 3 , fluorivety HF, etikkahappo CH 3 COOH jne. Kaikkien proottisten liuottimien pääominaisuus on niiden molekyylien autoprotolyysikyky: jokainen proottinen liuotin on amfolyytti itseensä nähden [ 1] .

Autoprotolyysin reaktio vastaa yleensä yhtälöä:

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

Tässä tapauksessa ns. lyonium ( liuotinkationi ) H 2 L + ( konjugoidun parin H 2 L + / HL happo) ja liat ( liuotinanioni ) L - ( konjugoidun parin HL / L - emäs ) [ 1] muodostuvat . Joten veden osalta autoprotolyysi etenee hydroksoniumkationien H 3 O + ja hydroksidi-ionien, OH - muodostumisen kanssa :

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

Tätä tasapainoa kutsutaan veden autoprotolyysin tasapainoksi .

Autoprotolyysi on ominaista paitsi vedelle, myös monille muille proottisille liuottimille, joiden molekyylit ovat vetysidoksilla , kuten ammoniakki , metanoli ja fluorivety :

{\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^{-))))

Autoprotolyysivakio

Massavaikutuksen lain soveltaminen autoprotolyysin tasapainohomofaasireaktioon mahdollistaa kvantitatiivisen ominaisuuden - liuottimen K S : n autoprotolyysivakion (muuten ionituotteen ) saamisen . Termiä " autoprotolyysivakio " käytetään yleensä protolyyttisessä teoriassa ja " ionituote " elektrolyyttisen dissosiaation teoriassa [2] .

Proottiselle liuottimelle HL vastaava tasapainovakio voidaan kirjoittaa:

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

Protolyysiaste on hyvin alhainen ja siksi protolysoimattomien liuotinmolekyylien [HL] molaarinen tasapainopitoisuus on käytännössä sama kuin tämän liuottimen CHL alkupitoisuus , eli se on vakio.

Yhdistämällä vakiot K c ja [HL] 2 yhdeksi vakioksi K c · [HL] 2 ja merkitsemällä sitä K s , saadaan lauseke:

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

Ks-arvo, autoprotolyysivakio tai liuottimen ionituote, toimii tietyn liuottimen autoprotolyysireaktion kvantitatiivisena ominaisuutena. Autoprotolyysivakio on vakioarvo tietylle lämpötilalle ja tietylle liuottimelle .

Esimerkiksi etikkahapolle:

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

Koska autoprotolyysivakioiden arvot ovat hyvin pieniä, käytännössä mukavuussyistä käytetään arvoa, jota kutsutaan " autoprotolyysivakioindeksiksi ". Se lasketaan autoprotolyysivakion negatiivisena desimaalilogaritmina:

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

Joidenkin liuottimien autoprotolyysivakioiden indikaattorit on esitetty taulukossa [3] .

Liuotin	pKs_ _
Dimetyylisulfoksidi	33.3
Ammoniakki (neste)	32.5
Asetonitriili	32.2
Metyylietyyliketoni	25.7
Hydratsiini	24.7
tert-butyylialkoholi	22.8
Isoamyylialkoholi	21.4
Asetoni (enolimuoto)	21.1
Etikkahappo (vedetön)	12.6
Vesi	14.0
Fluorivetyä	10.0
Muurahaishappo	6.30
Rikkihappo	5.0

Veden autoprotolyysi

Tärkeintä on veden autoprotolyysi. Veden autoprotolyysivakiota kutsutaan yleensä veden ionituotteeksi ja sitä merkitään . Ionituote on numeerisesti yhtä suuri kuin hydronium-ionien ja hydroksidianionien tasapainopitoisuuksien tulo. Yleensä käytetään yksinkertaistettua merkintää: ${\displaystyle K_{w))$

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

Normaaliolosuhteissa veden ionitulo on 10 -14 . Se on vakio puhtaan veden lisäksi myös aineiden laimeille vesiliuoksille. Veden autoprotolyysi selittää, miksi puhdas vesi, vaikka se on huono, johtaa silti sähköä.

Veden ionituotteen, pH- arvon ja suolan hydrolyysivakion perusteella lasketaan solvataatiovakio ( liukoisuustuote ) - elektrolyyttiliuosten tasapainoprosessien tärkeimmät ominaisuudet.

Kirjallisuus

Ugay Ya. A. Yleinen ja epäorgaaninen kemia. - Moskova: Higher School, 1997. - 527 s.
Akhmetov N.S. Yleinen ja epäorgaaninen kemia. - Moskova: Higher School, 2001. - S. 209. - 743 s. — ISBN 5-06-003363-5 .

Katso myös

Muistiinpanot

↑ 1 2 Protic liuottimet ja niiden autoprotolyysi Arkistoitu 19. kesäkuuta 2011 Wayback Machine / Protolytic equilibriassa. Tekijät: prof. R. A. Lidin, prof. L. Yu. Alikberova. Yleistoimituksena prof. B.D. Stepina. Toolkit. - M., MITHT, 2001
↑ Autoprotolyysivakio (ioninen tuote) Arkistokopio 2. lokakuuta 2011, Wayback Machine / Zhukov S. T. Chemistry. 10-11 luokka.
↑ Joidenkin ei-vesipitoisten liuottimien autoprotolyysivakioiden pK s ja permittiivisyyksien ε indikaattorit . - viitetaulukko. Haettu 28. elokuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 19. tammikuuta 2013. (Venäjän kieli)

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa)