2.1. Teorije o kiselinama i bazama

Navodi definicije kiselina i baza po Arrheniusu, Brønsted-Lowryju i Lewisu.
Prikazuje modelima čestičnu građu tvari.

Uvod

Već prije više od tisuću godina arapski su znanstvenici proučavali kiseline i baze, a pojmove kiselina i baza uveo je engleski istraživač Robert Boyle tek u 17. stoljeću.

O kiselinama i bazama kroz povijest

Robert Boyle je još 1675. godine uočio da kiseline mijenjaju plavu boju nekih biljnih tvari u crvenu, da otapaju mramor i iz nekih spojeva sumpora izlučuju sumpor. Jedan je od prvih znanstvenika koji je pokušao objasniti i korozivno djelovanje kiselina.

Robert Boyle (1627. – 1691.)

Na fotografiji je Robert Boyle, irski kemičar i fizičar.

Francuski znanstvenik Antoine Laurent Lavoisier u 18. je stoljeću (1777.) izveo velik broj pokusa s gorenjem te zaključio da pri gorenju nemetala, kao što su sumpor i fosfor, nastaju kiseli plinovi. Budući da je za gorenje potreban kisik, pretpostavio je da je upravo on sastojak svih kiselina. Lavoisier je dao i ime kisiku – oxygen, prema grčkim riječima oxy i gen, što znači "onaj koji radi kiseline".

Antonie Laurent Lavoisier
(1743. – 1794.)

Na fotografiji je Antoine Laurent Lavoisier.

Engleski je kemičar Humphry Davy početkom 19. stoljeća (1810.) dokazao da Lavoisierova teorija nije točna i da sve kiseline ne moraju sadržavati kisik. H. Davy poznat je i po tome što je elektrolizom talina soli otkrio elemente kalij, natrij, kalcij, barij, magnezij i stroncij .

Humphry Davy (1778. – 1829.)

Na fotografiji je Humphrey Davy, kemičar i fizičar.

Sredinom 19. stoljeća francuski kemičar August Laurent zaključio je da kiseline sadrže vodik, jer se u reakciji većine metala s kiselinama oslobađa plinoviti vodik.

August Laurent (1807. – 1853.)

Hrvatski naziv za kiseline uveo je Bogoslav Šulek, najpoznatiji hrvatski jezikoslovac i prirodoslovac. Naime, Šulek je dao naziv kisiku od latinske riječi oxygenium (oxy-kiseo; genio - tvorim), a to bi u hrvatskom prijevodu bio kislotvor ili tvoritelj kiselina. Iako se tvrdnja da se u sastavu kiselina nalazi kisik, pokazala netočnom, naziv kiselina održao se do danas.

Bogoslav Šulek (1816. – 1895.)

Svante Arrhenius, švedski je kemičar, dobitnik Nobelove nagrade za kemiju 1903. godine. Istraživao je vodene otopine kiselina, baza i soli. Njegova teorija kiselina i baza koju je postavio 1884. godine koristi se i danas. Definirao je kiseline kao tvari koje u vodenoj otopini povećavaju koncentraciju vodikovih iona, H⁺(aq), a baze kao tvari koje u vodenoj otopini povećavaju koncentraciju hidroksidnih iona, OH^–(aq).

Svante Arrhenius (1859. – 1927.)

Na fotografiji je Svante Arrhenius, švedski fizičar i kemičar.

Johannes Nicolaus Brønsted, danski kemičar i Thomas Martin Lowry, engleski kemičar, neovisno jedan od drugoga definirali su 1923. godine kiseline i baze. Prema Brønsted-Lowryevoj teoriji kiseline su tvari koje daju protone , proton donori, a baze tvari koje primaju protone, proton akceptori.

Johannes Nicolaus Brønsted
(1879. – 1947.)

Na fotografiji je Wiliam F. Denning, britanski astronom.

Thomas Martin Lowry
(1874. – 1936.)

Na fotografiji jeJohannes Nicolaus Bronsted, danski kemičar.

Gilbert Lewis, američki znanstvenik, jedan od najutjecajnijih kemičara 20. stoljeća. Definirao je baze kao elektron donore, jer daju elektonski par za nastajanje kovalentne veze, a kiseline kao elektron akceptore jer primaju elektronski par.

Gilbert Lewis (1875. – 1946.)

Na fotografiji je Gilbert Lewis, američki kemičar.

Današnje teorije o kiselinama i bazama

Prvi opisi kiselina i baza temeljeni su na pokusima s vodenim otopinama. Tako se kiseline opisivalo kao tvari koje imaju kiseli okus, boje lakmus u crveno, neutraliziraju baze i slično. Vodene otopine baza opisivalo se kao tvari koje imaju opor okus, mijenjaju boju lakmusa u modro, neutraliziraju kiseline i slično. Znanstvenici su istraživali u kakvoj su vezi kisela i bazna svojstva tvari kao i strukturu spojeva koji imaju ta svojstva.

Na temelju skraćenog prikaza razvitka teorije o kiselinama i bazama nastale su danas prihvaćene definicije koje se najčešće koriste u proučavanju svojstava kiselina i baza.

Prema Arrheniusovoj teoriji kiseline su tvari koje u vodenoj otopini povećavaju koncentraciju vodikovih iona, H⁺, a baze su tvari koje u vodenoj otopini povećavaju koncentraciju hidroksidnih iona, OH^–.

Uvođenjem plinovitog klorovodika u vodu ionizacijom nastaju vodikovi i kloridni ioni u otopini koja se naziva klorovodična kiselina.

$HCl(g)\stackrel{H_2O}{\longrightarrow }H^+(aq)+Cl^-(aq)$

Otapanjem čvrstoga natrijeva hidroksida u vodi dolazi do njegova raspada na ione.

$NaOH(s)\stackrel{H_2O}{\longrightarrow }Na^+(aq)+OH^-(aq)$

Reakcija natrijeva hidroksida s vodom naziva se reakcijom disocijacije, natrijev se hidroksid raspada na ione koji ga izgrađuju.

Prema Brønsted-Lowryevoj teoriji su proton donori, molekule ili ionske jedinke koje daju protone, a proton akceptori, molekule ili ionske jedinke koje primaju protone.

Reakcije u kojima dolazi do prijenosa protona su protolitičke reakcije ili reakcije protolize. U protolitičkim reakcijama nastaju , iz kiseline nastaje konjugirana baza, a iz baze konjugirana kiselina.

Fotografija prikazuje odnos parova kiselina i konjugiranih baza i obratno.

Odnos parova kiselina i konjugiranih baza i obrnuto

Pritisnite siva polja i saznajte više

Fotografija prikazuje da kiselina+ baza daje konjugiranu kiselinu i konjugiranu bazu.

Fotografija prikazuje kemijsku reakciju klorovidične kiseline i vode te nastanka oksonijeva iona i iona klora.Reakcija prikazana crtežima 3-d molekula.

Pritisnite siva polja i saznajte više

Fotografija prikazuje da kemijska reakcija kiselina+ baza daje konjugiranu kiselinu i konjugiranu bazu.

Ako su navedene čestice kiseline dodijelite im oznaku K, ako su konjugirane kiseline dodijelite im oznaku KK ili ako su konjugirane baze oznaku KB.

HNO_3

CN^-

HClO_4

F^-

CO_3^{2-}

SO_4^{2-}

Lewisova teorija kiselina kaže da su kiseline elektron akceptori jer primaju elektronski par. Prema toj teoriji kiseline mogu biti i one tvari koje u svom sastavu ne sadrže vodikove atome.

Fotografija prikazuje Lewisovu teoriju kiselina koja kaže da su kiseline elektron akceptori jer primaju elektronski par. Prema toj teoriji kiseline mogu biti i one tvari koje u svom sastavu ne sadrže vodikove atome.

Promislite i odgovorite

Kiseline su:

proton akceptori i elektron akceptori.

proton donori i elektron donori.

proton akceptori i elektron donori.

proton donori i elektron akceptori.

Odredite konjugirane parove u reakciji.

$HCN\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \rightleftharpoons \space H_3O^+\left(aq\right)\space +\space CN^–\left(aq\right)$

kiselina:

baza:

konjugirana baza:

konjugirana kiselina:

Molimo koristite virtualnu tipkovnicu za unos kako bi osigurali ispravnu validaciju objekta.

Koji od navedenih parova jedinki je konjugirani kiselo-bazni par?

H₃PO₄ / HPO₄^2–

HPO₄2^– / PO₄^3–

PO₄^3–/H₃PO₄

H₂PO₄^– /PO₄^3–

Odredite konjugirane parove u navedenim reakcijama:

$HClO_4\space +\space HF\rightleftharpoons \space H_2F^+\space +\space ClO_4^–$

konjugirana kiselina:

konjugirana baza:

Molimo koristite virtualnu tipkovnicu za unos kako bi osigurali ispravnu validaciju objekta.

Odredite konjugirane parove u navedenim reakcijama:

$CH_3NH_2\space +\space HNO_3\rightleftharpoons \space CH_3NH_3^+\space +\space NO_3^–$

konjugirana kiselina:

konjugirana baza:

Molimo koristite virtualnu tipkovnicu za unos kako bi osigurali ispravnu validaciju objekta.

Odredite konjugirane parove u navedenim reakcijama:

$S^{2–}\space +\space H_2O\space \rightleftharpoons \space HS_{^{^{\space }}}^–\space +\space OH^–$

konjugirana kiselina:

konjugirana baza:

Molimo koristite virtualnu tipkovnicu za unos kako bi osigurali ispravnu validaciju objekta.