Bronsted Lowry hapete ja aluste teooria

Brønsted-Lowry happe-aluse teooria (või Bronsted Lowry teooria) tuvastab tugevad ja nõrgad happed ja selle põhjal, kas liik võtab vastu või annetab prootonid või H⁺. Teooria kohaselt reageerivad hape ja alus üksteisega, põhjustades happe oma konjugeeritud alus ja alus selle moodustamiseks konjugaathape vahetades prootoni. Teooria pakkusid iseseisvalt välja Johannes Nicolaus Brønsted ja Thomas Martin Lowry 1923. aastal.

Sisuliselt on Brønsted-Lowry happe-aluse teooria üldine vorm Arrheniuse teooria happed ja alused. Arrheniuse teooria kohaselt on Arrheniuse hape selline, mis võib suurendada vesinikuiooni (H⁺) kontsentratsioon vesilahuses, samas kui Arrheniuse alus on liik, mis võib suurendada hüdroksiidi iooni (OH^-) kontsentratsioon vees. Arrheniuse teooria on piiratud, kuna see tuvastab ainult happe-aluse reaktsioonid vees. Bronsted-Lowry teooria on kõikehõlmavam määratlus, mis suudab kirjeldada happe-aluse käitumist laiemates tingimustes. Sõltumata lahustist toimub Bronsted-Lowry happe-aluse reaktsioon alati, kui prooton viiakse ühelt reagendilt teisele.

Peamised võtmed: Brønsted-Lowry happe-aluse teooria

• Bronsted-Lowry hape on keemiline liik, mis on võimeline annetama prootonit või vesinikkatiooni.
• Bronsted-Lowry alus on keemiline liik, mis on võimeline prootonit vastu võtma. Teisisõnu, see on liik, millel on üksikelektronide paar saadaval H sidumiseks⁺.
• Pärast seda, kui Bronsted-Lowry hape on prootonit dooninud, moodustab see oma konjugaadi aluse. Bronsted-Lowry aluse konjugaathape moodustub pärast prootoni aktsepteerimist. Konjugeeritud happe-aluse paaril on sama molekulvalem kui algsel happe-aluse paaril, välja arvatud see, et happel on veel üks H⁺ võrreldes konjugeeritud alusega.
• Tugevad happed ja alused on määratletud kui ühendid, mis ioniseerivad täielikult vees või vesilahuses. Nõrgad happed ja alused dissotsieeruvad ainult osaliselt.
• Selle teooria kohaselt on vesi amfoteerne ja võib toimida nii Bronsted-Lowry happe kui ka Bronsted-Lowry alusena.

Erinevalt Arrheniuse happest ja alustest võivad Bronsted-Lowry hapete-aluste paarid moodustuda ilma reaktsioon vesilahuses. Näiteks võivad ammoniaak ja vesinikkloriid reageerida tahke ammooniumkloriidi moodustamiseks vastavalt järgmisele reaktsioonile:

NH₃(g) + HCl (g) → NH₄Cl (id)

Selles reaktsioonis on Bronsted-Lowry hape HCl, kuna see annetab vesiniku (prooton) NH-ks₃, Bronsted-Lowry alus. Kuna reaktsioon ei toimu vees ja kuna kumbki reagent ei moodustanud H⁺ või OH^-, ei oleks see Arrheniuse definitsiooni kohaselt happe-aluse reaktsioon.

Vesinikkloriidhappe ja vee vahelise reaktsiooni jaoks on lihtne tuvastada konjugeeritud happe-aluse paarid:

HCl (vesilahus) + H₂O (l) → H₃O⁺ + Kl^-(aq)

Vesinikkloriidhape on Bronsted-Lowry hape, samal ajal kui vesi on Bronsted-Lowry alus. Vesinikkloriidhappe konjugeeritud alus on kloriidioon, samal ajal kui vee konjugaathape on hüdrooniumiioon.

Kui palutakse tuvastada, kas keemiline reaktsioon hõlmab tugevaid happeid või aluseid või nõrku, aitab see vaadata noolt reagentide ja toodete vahel. Tugev hape või alus dissotsieerub täielikult selle ioonideks, jättes pärast reaktsiooni lõppemist dissotsieerumata ioone. Nool osutab tavaliselt vasakult paremale.

Teisest küljest ei lahustu nõrgad happed ja alused täielikult, nii et reaktsiooni nool osutab nii vasakule kui ka paremale. See näitab, et on saavutatud dünaamiline tasakaal, milles nõrk hape või alus ja selle dissotsieerunud vorm jäävad lahusesse.

Näide nõrga happeäädikhappe dissotsieerumisest vees hüdrooniumiioonide ja atsetaatioonide moodustamiseks:

CH₃COOH (vesilahus) + H₂O (l) ⇌H₃O⁺(aq) + CH₃COO^-(aq)

Praktikas võidakse teil paluda kirjutada reaktsioon, mitte et see teile oleks andnud. Lühike on hea meelde jätta tugevate hapete loetelu ja tugevad alused. Muud liigid, mis suudavad prootoneid üle kanda, on nõrgad happed ja alused.

Mõned ühendid võivad olenevalt olukorrast toimida kas nõrga happe või nõrga alusena. Näide on vesinikfosfaat, HPO₄^2-, mis võib vees toimida happe või alusena. Kui erinevad reaktsioonid on võimalikud, kasutatakse reaktsiooni kulgemise viisi määramiseks tasakaalukonstante ja pH-d.