תורת ברונסטד לורי של חומצות ובסיסים

תיאוריית בסיס החומצה של ברונסטד-לורי (או תיאוריית ברונסטד לורי) מזהה חומצות חזקות וחלשות ובסיסים על בסיס האם המין מקבל או תורם פרוטונים או ח⁺. על פי התיאוריה, חומצה ובסיס מגיבים אחד עם השני, וגורמים לחומצה ליצור את שלה בסיס מצומד והבסיס ליצירת שלו חומצה מצומדת על ידי החלפת פרוטון. התיאוריה הוצעה באופן עצמאי על ידי יוהנס ניקולאוס ברונסטד ותומס מרטין לאורי בשנת 1923.

בעיקרו של דבר, תיאוריית בסיס החומצה של ברונסטד-לורי היא סוג כללי של תיאוריית ארהניוס של חומצות ובסיסים. על פי תורת ארהניוס, חומצת ארהניוס היא כזו שיכולה להגדיל את יון המימן (H⁺) ריכוז בתמיסה מימית, ואילו בסיס ארהניוס הוא מין שיכול להגדיל את היון ההידרוקסיד (OH)^-) ריכוז במים. תיאוריית ארהניוס מוגבלת מכיוון שהיא רק מזהה תגובות על בסיס חומצה במים. תיאוריית ברונסטד-לורי היא הגדרה מכילה יותר, המסוגלת לתאר התנהגות על בסיס חומצה בטווח רחב יותר של תנאים. ללא קשר לממיס, תגובת בסיס חומצה של ברונסטד-לורי מתרחשת בכל פעם שמועברים פרוטון מגיב אחד למשנהו.

טעימות עיקריות: תיאוריית בסיס החומציות של ברונסטד-לורי

• חומצה ברונסטד-לורי היא מין כימי המסוגל לתרום פרוטון או קטיון מימן.
• בסיס ברונסטד-לורי הוא מין כימי המסוגל לקבל פרוטון. במילים אחרות, זהו מין שיש לו א זוג אלקטרונים בודד זמין לאג"ח ל- H⁺.
• לאחר שחומצה של ברונסטד-לורי תורמת פרוטון, היא מהווה את הבסיס המצומד שלה. החומצה המצומדת של בסיס ברונסטד-לורי נוצרת ברגע שהיא מקבלת פרוטון. לזוג בסיס החומצה הבסיסית יש את הנוסחה המולקולרית זהה לזוג המקור לחומצה בסיסית, למעט שבחומצה יש H נוסף⁺ לעומת הבסיס המצומד.
• חומצות ובסיסים חזקים מוגדרים כתרכובות המייננות לחלוטין במים או בתמיסה מימית. חומצות ובסיסים חלשים מתנתקים באופן חלקי בלבד.
• על פי תיאוריה זו, מים הם אמפוטריים והם יכולים לשמש גם כחומצה ברונסטד-לורי וגם כבסיס ברונסטד-לורי.

שלא כמו חומצת ארהניוס ובסיסים, זוגות בסיס של ברונסטד-לורי יכולים להיווצר ללא תגובה בתמיסה מימית. לדוגמה, אמוניה ומימן כלוריד עשויים להגיב ליצירת אמוניום כלוריד מוצק על פי התגובה הבאה:

NH₃(g) + HCl (g) → NH₄Cl (ים)

בתגובה זו, חומצת ברונסטד-לורי היא HCl מכיוון שהיא תורמת מימן (פרוטון) ל- NH₃, בסיס ברונסטד-לורי. מכיוון שהתגובה אינה מתרחשת במים ומשום שאף מגיב לא יצר את H⁺ או OH^-, זו לא תהיה תגובה על בסיס חומצה על פי ההגדרה ארהניוס.

לצורך התגובה בין חומצה הידרוכלורית למים, קל לזהות את הזוגות הבסיסיים של חומצה מצומדת:

HCl (aq) + H₂O (l) → H₃O⁺ + Cl^-(aq)

חומצה הידרוכלורית היא חומצת ברונסטד-לוריבעוד שהמים הם בסיס ברונסטד-לורי. הבסיס המצומד לחומצה הידרוכלורית הוא יון הכלוריד ואילו החומצה המצומדת למים היא היון ההידרוניום.

כשמבקשים לזהות האם תגובה כימית כוללת חומצות או בסיסים חזקים או חלשים, היא מסייעת להסתכל על החץ בין המגיבים למוצרים. חומצה או בסיס חזק מתנתק לחלוטין ליונים שלו, ולא משאיר שום יוני שלא נותקו לאחר סיום התגובה. החץ בדרך כלל מצביע משמאל לימין.

מצד שני, חומצות ובסיסים חלשים אינם מתנתקים לחלוטין, כך שחץ התגובה מצביע על שמאל וימין. זה מעיד על שיווי משקל דינמי שנוצר בו החומצה או הבסיס החלש וצורתו המנותקת נשארים נוכחים בתמיסה.

דוגמה אם ניתוק של חומצה אצטית חלשה ליצירת יוני הידרוניום ויוני אצטט במים:

CH₃COOH (aq) + H₂O (l) ⇌ H₃O⁺(aq) + CH₃מנהל עסקים^-(aq)

בפועל, יתכן שתתבקש לכתוב תגובה במקום שנתנה לך אותה. כדאי לזכור את הקצר רשימת חומצות חזקות ו בסיסים חזקים. מינים אחרים המסוגלים להעברת פרוטון הם חומצות ובסיסים חלשים.

תרכובות מסוימות יכולות לפעול כחומצה חלשה או כבסיס חלש, תלוי במצב. דוגמה לכך היא מימן פוספט, HPO₄^2-, שיכולים לפעול כחומצה או כבסיס במים. כשאפשר לתגובות שונות, קבועי שיווי המשקל ו- pH משמשים כדי לקבוע באיזו דרך התגובה תתקדם.