Thuyết acid–base Brønsted–Lowry

Thuyết Brønsted–Lowry là một thuyết nói về phản ứng acid–base do Johannes Nicolaus Brønsted (Đan Mạch) và Thomas Martin Lowry (Vương quốc Anh) đề xuất một cách độc lập vào năm 1923. Theo thuyết này, khi một acid phản ứng với một base thì acid tạo thành base liên hợp của nó, và base tạo thành acid liên hợp của nó thông qua việc trao đổi một proton (cation hydro, hay H+). Thuyết này được gọi là một dạng khái quát hóa của thuyết Arrhenius.

Định nghĩa acid và base

Thuyết Arrhenius phát biểu rằng acid là chất phân ly trong dung dịch nước tạo thành (ion hydro hoặc là proton) còn base là chất phân ly trong dung dịch nước tạo thành (ion hydroxide).

Năm 1923, nhà hóa lý Johannes Nicolaus Brønsted người Đan Mạch và Thomas Martin Lowry người Anh đã đề xuất một cách đồng thời và độc lập thuyết acid–base mang tên hai ông, đánh dấu một bước phát triển mới so với thuyết Arrhenius. Trong thuyết Brønsted–Lowry, acid và base được định nghĩa theo cách chúng phản ứng với nhau. Định nghĩa này được biểu diễn qua phương trình cân bằng sau:
:acid + base ⇌ base liên hợp + acid liên hợp.
Với HA là một acid, phương trình trên có thể được viết dưới dạng:
:HA + B A- + HB+
Ký hiệu ⇌ trong phương trình trên ám chỉ đây là phản ứng thuận nghịch xảy ra ở hai chiều ngược nhau. Acid HA là chất cho proton, tức là có thể mất đi một proton để trở thành base liên hợp của nó là . Còn base B là chất nhận proton, tức là có thể nhận một proton để trở thành acid liên hợp của nó là . Đa số phản ứng acid–base đều xảy ra nhanh để tất cả các thành phần của phản ứng đều nằm trong trạng thái cân bằng động với nhau.

Dung dịch nước
, một acid yếu, nhường một proton (ion hydro, màu xanh) cho nước trong một phản ứng cân bằng để tạo ra ion acetat và ion hydroni.

]]Xét phản ứng acid–base sau:
:CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+.
Acid acetic, CH3COOH, là một acid vì nó nhường một proton cho nước (H2O) và trở thành base liên hợp của nó, ion acetat (CH3COO−). H2O là một base vì nó nhận một proton từ CH3COOH và trở thành acid liên hợp của nó, ion hydroni ().

Phản ứng chiều nghịch của một phản ứng acid–base cũng là một phản ứng acid–base, giữa acid liên hợp của base ban đầu và base liên hợp của acid ban đầu. Trong ví dụ trên, ion acetat là base của phản ứng chiều nghịch còn ion hydroni là acid. Thật vậy, nhiều phân tử có tính acid trong dung dịch không nước dù không có tính chất này trong dung dịch nước. Một trường hợp đặc biệt là trong acid carbon, khi một proton được lấy từ một liên kết C−H.

Một số dung môi không phải nước khác có thể có tính acid. Dung môi acid làm tăng tính base của các chất tan trong nó. Ví dụ, hợp chất CH3COOH được gọi là acid acetic do tính acid của nó trong nước. Tuy nhiên nó lại đóng vai trò là một base trong hydro fluoride lỏng, vốn là một dung môi có tính acid mạnh hơn nhiều:
:CH3COOH + 2HF CH3C(OH)2+ + HF2-

So sánh với thuyết Lewis
Cùng năm mà Brønsted và Lowry công bố thuyết của họ, Gilbert N. Lewis đã tạo ra một thuyết khác về phản ứng acid-base. Thuyết Lewis dựa trên cấu trúc điện tử. Một base Lewis là một hợp chất có thể cung cấp một cặp electron cho một acid Lewis-một hợp chất có thể nhận một cặp electron. Đề xuất của Lewis giải thích phân loại Brønsted–Lowry bằng cách sử dụng cấu trúc điện tử.

: HA + B A- + BH+

Trong phương trình trên, cả base B và base liên hợp đều chứa một cặp electron đơn lẻ và một protonmột acid Lewisđược trao đổi giữa chúng.

Lewis sau đó đã viết rằng "Việc giới hạn nhóm acid đối với những chất chỉ chứa hydro sẽ cản trở nghiêm trọng đến sự hiểu biết có hệ thống về hóa học giống như việc giới hạn thuật ngữ chất oxy hóa đối với những chất chỉ chứa oxy."

: 4BF3 + 3H2O -> B(OH)3 + 3HBF4

: SiO2(r) + 2H2O Si(OH)4 (dd)
: Si(OH)4 Si(OH)3O- + H+

Theo thuyết Lux–Flood, các oxide như và ở trạng thái rắn có thể được coi là acid hoặc base. Ví dụ, khoáng vật olivin có thể được gọi là hợp chất của oxide base và oxide acid . Điều này có ý nghĩa quan trọng trong địa hóa học.

Tham khảo

Thư mục