Օրինակներ են Լյուիսի թթուները և հիմքերը: Թթուների և հիմքերի Լյուիսի տեսություն

Ջ.Լյուիսն առաջարկել է թթուների և հիմքերի ավելի ընդհանուր տեսություն։

Լյուիսի հիմքերը –սրանք էլեկտրոնային զույգերի դոնորներ են (ալկոհոլներ, ալկոհոլային անիոններ, եթերներ, ամիններ և այլն):

Լյուիս թթուներ -սրանք էլեկտրոնային զույգերի ընդունիչներ են , դրանք. դատարկ ուղեծր ունեցող միացություններ (ջրածնի իոն և մետաղական կատիոններ. H +, Ag +, Na +, Fe 2+; երկրորդ և երրորդ շրջանի տարրերի հալոգենիդներ BF 3, AlCl 3, FeCl 3, ZnCl 2, հալոգեններ, անագ և ծծմբային միացություններ՝ SnCl 4, SO 3):

Այսպիսով, Բրոնստեդի և Լյուիսի հիմքերը նույն մասնիկներն են։ Այնուամենայնիվ, Brønsted հիմնարարությունը միայն պրոտոնին կցելու կարողությունն է, մինչդեռ Լյուիսի հիմնարարությունը ավելի լայն հասկացություն է և նշանակում է ցանկացած մասնիկի հետ փոխազդելու ունակություն, որն ունի ցածրադիր չզբաղված ուղեծր:

Լյուիսի թթու-բազային փոխազդեցությունը դոնոր-ընդունիչ փոխազդեցություն է, և ցանկացած հետերոլիտիկ ռեակցիա կարող է ներկայացվել որպես Լյուիս թթու-բազային փոխազդեցություն.

Լյուիսի թթուների և հիմքերի ուժը համեմատելու մեկ սանդղակ չկա, քանի որ դրանց հարաբերական ուժը կախված կլինի նրանից, թե ինչ նյութ է ընդունվում որպես ստանդարտ (Բրոնսթեդ թթուների և հիմքերի համար ստանդարտը ջուրն է): Թթու-բազային փոխազդեցության հեշտությունը գնահատելու համար, ըստ Լյուիսի, Ռ. Փիրսոնը առաջարկել է «կոշտ» և «փափուկ» թթուների և հիմքերի որակական տեսություն:

Կոշտ հիմքերունեն բարձր էլեկտրաբացասականություն և ցածր բևեռացում: Դժվար է օքսիդանալ։ Նրանց ամենաբարձր զբաղված մոլեկուլային ուղեծրերը (HOMO) ունեն ցածր էներգիա։

Փափուկ հիմքերունեն ցածր էլեկտրաբացասականություն և բարձր բևեռացում: Նրանք հեշտությամբ օքսիդանում են: Նրանց ամենաբարձր զբաղված մոլեկուլային ուղեծրերը (HOMO) ունեն բարձր էներգիա:

Կոշտ թթուներունեն բարձր էլեկտրաբացասականություն և ցածր բևեռացում: Նրանք դժվարությամբ են վերականգնվում։ Նրանց ամենացածր չզբաղված մոլեկուլային ուղեծրերը (LUMO) ունեն ցածր էներգիա:

Փափուկ թթուներունեն ցածր էլեկտրաբացասականություն և բարձր բևեռացում: Դրանք հեշտությամբ վերականգնվում են։ Նրանց ամենացածր չզբաղված մոլեկուլային ուղեծրերը (LUMO) ունեն բարձր էներգիա:

Ամենադժվար թթունը H + է, ամենափափուկը՝ CH 3 Hg +: Ամենադժվար հիմքերն են F - և OH - , ամենափափուկները ` I - և H - :

Աղյուսակ 5. Կոշտ և փափուկ թթուներ և հիմքեր:

	Միջանկյալ
H + , Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Al 3+ , Fe 3+ , BF 3 , AlCl 3 , RC + =O	Cu 2+, Fe 2+, Zn 2+, R 3 C +	Ag +, Hg 2+, I 2
Պատճառները
H 2 O, OH -, F -, ROH, RO -, R 2 O, NH 3, RNH 2	ArNH 2, Br -, C 5 H 5 N	R 2 S, RSH, RS -, I -, H -, C 2 H 4, C 6 H 6

Պիրսոնի կոշտ և փափուկ թթուների և հիմքերի սկզբունքը (HICA սկզբունք).

Կոշտ թթուները նախընտրելիորեն փոխազդում են կոշտ հիմքերի հետ, իսկ փափուկ թթուները՝ փափուկ հիմքերի հետ։

Սա արտահայտվում է ռեակցիայի ավելի բարձր արագությամբ և ավելի կայուն միացությունների ձևավորմամբ, քանի որ էներգիայով մոտ ուղեծրերի փոխազդեցությունն ավելի արդյունավետ է, քան էներգիայով զգալիորեն տարբերվող ուղեծրերի փոխազդեցությունը:

LMCO սկզբունքն օգտագործվում է մրցակցող գործընթացների (վերացման և նուկլեոֆիլային փոխարինման ռեակցիաներ, անհասկանալի նուկլեոֆիլներ պարունակող ռեակցիաներ) արտոնյալ ուղղությունը որոշելու համար. դետոքսիկատորների և դեղամիջոցների նպատակային ստեղծման համար:

Թթուների և հիմքերի տեսություններ

Թթուների և հիմքերի տեսություններ- հիմնարար ֆիզիկաքիմիական հասկացությունների մի շարք, որոնք նկարագրում են թթուների և հիմքերի բնույթն ու հատկությունները: Նրանք բոլորը ներկայացնում են թթուների և հիմքերի սահմանումներ՝ երկու դասի նյութեր, որոնք փոխազդում են միմյանց հետ։ Տեսության խնդիրն է կանխատեսել թթվի և հիմքի ռեակցիայի արգասիքները և դրա առաջացման հավանականությունը, որի համար օգտագործվում են թթվի և հիմքի ուժի քանակական բնութագրերը։ Տեսությունների միջև տարբերությունը կայանում է թթուների և հիմքերի սահմանումների, դրանց ուժի բնութագրերի և, որպես հետևանք, դրանց միջև ռեակցիայի արտադրանքի կանխատեսման կանոնների մեջ: Նրանք բոլորն ունեն իրենց կիրառելիության տարածքը, որոնք մասամբ հատվում են։

Թթու-բազային փոխազդեցությունները բնության մեջ չափազանց տարածված են և լայնորեն կիրառվում են գիտական ​​և արդյունաբերական պրակտիկայում: Թթուների և հիմքերի մասին տեսական գաղափարները կարևոր են քիմիայի բոլոր հայեցակարգային համակարգերի ձևավորման համար և ունեն բազմակողմանի ազդեցություն բոլոր հիմնական քիմիական առարկաների բազմաթիվ տեսական հասկացությունների զարգացման վրա:

Հիմնվելով թթուների և հիմքերի ժամանակակից տեսության վրա՝ քիմիական գիտությունների այնպիսի բաժիններ, ինչպիսիք են ջրային և ոչ ջրային էլեկտրոլիտային լուծույթների քիմիան, pH-մետրիան ոչ ջրային միջավայրում, միատարր և տարասեռ թթու-բազային կատալիզը, թթվայնության ֆունկցիաների տեսությունը։ , և շատ ուրիշներ մշակվել են։

Թթու-բազային փոխազդեցությունների մասին գաղափարների էվոլյուցիան

Թթուների և հիմքերի բնույթի մասին գիտական ​​գաղափարները սկսեցին ձևավորվել 18-րդ դարի վերջին։ Ա.Լավուազիեի աշխատություններում թթվային հատկությունները կապված են նյութի բաղադրության մեջ թթվածնի ատոմների առկայության հետ։ Այն ժամանակ հայտնի հանքային և օրգանական թթուները իրականում պարունակում էին թթվածին: Այս վարկածն արագորեն ցույց տվեց իր անհամապատասխանությունը, երբ Գ.Դևիի և Ջ. չեն ցուցաբերում թթվային հատկություններ:

19-րդ դարի սկզբից թթուները սկսեցին համարվել ջրածնի արտազատմամբ մետաղների հետ փոխազդելու ընդունակ նյութեր (Յու. Լիբիգ, 1839)։ Մոտավորապես միևնույն ժամանակ Ջ. Բերզելիուսը առաջ քաշեց մի գաղափար, որը բացատրում էր նյութերի թթու-բազային հատկությունները նրանց էլեկտրական «դուալիստական» բնույթով։ Այսպիսով, նա ոչ մետաղների և որոշ մետաղների (օրինակ՝ քրոմ, մանգան և այլն) էլեկտրաբացասական օքսիդները դասակարգել է որպես թթուներ, իսկ էլեկտրադրական մետաղների օքսիդները համարել հիմքեր։ Այսպիսով, Բերզելիուսը համարում է թթվայնությունը կամ հիմնայինությունը որպես միացության ֆունկցիոնալ, այլ ոչ թե բացարձակ հատկություն։ Բերցելիուսը թթուների և հիմքերի հզորությունը քանակականացնելու և կանխատեսելու փորձի սկզբնավորն է:

Ս. Արհենիուսի (1887թ.) էլեկտրոլիտիկ դիսոցիացիայի տեսության առաջացման հետ մեկտեղ հնարավորություն առաջացավ նկարագրել թթու-բազային հատկությունները՝ հիմնված էլեկտրոլիտների իոնացման արտադրանքի վրա: Վ.Օստվալդի աշխատանքի շնորհիվ տեսությունը մշակվել է թույլ էլեկտրոլիտների համար։

20-րդ դարի սկզբին։ Ամերիկացի քիմիկոսներ Գ. Քեդին, Է. Ֆրանկլինը և Ք.Կրաուսը ստեղծեցին սոլվո համակարգերի տեսությունը, որը տարածեց Արհենիուս-Օսվալդի տեսության դրույթները բոլոր լուծիչների վրա, որոնք ունակ են ինքնատարանջատվել։

Թթուների և հիմքերի ժամանակակից տեսությունները հիմնված են Ջ. Բրոնստեդի և Գ. Լյուիսի գաղափարների վրա։ Ընդհանրացված տեսություններ ստեղծելու բավականին հաջող փորձեր կան (Մ. Ուսանովիչ, 1939), բայց դրանք լայնորեն չեն կիրառվում։

Լիբիգի ջրածնի տեսությունը

Սահմանումներ.Թթուն այն նյութն է, որը կարող է փոխազդել մետաղի հետ՝ ջրածնի արտազատման համար։ Այս տեսության մեջ բացակայում է «հիմք» հասկացությունը։
Ռեակցիայի արտադրանք.Երբ թթուն փոխազդում է մետաղի հետ, առաջանում է աղ և ջրածին։
Օրինակներ.Թթու - HCl.
Ռեակցիա 2HCl + Zn = ZnCl 2 + H 2
Ռեակցիայի չափանիշները.Մետաղները, որոնք գտնվում են ակտիվության շարքի ջրածնի ձախ կողմում, արձագանքում են ուժեղ թթուների հետ։ Որքան թույլ է թթուն, այնքան ավելի ակտիվ է մետաղը անհրաժեշտ նրանց միջև ռեակցիայի համար: Քանակական բնութագրեր.Քանի որ տեսությունը հազվադեպ է օգտագործվում, թթվային ուժի քանակական բնութագրերը (և հետևաբար ռեակցիայի ուղղության կանխատեսումները) չեն մշակվել այս տեսության շրջանակներում։
Կիրառելիության շրջանակը.Ջրածին պարունակող նյութերի փոխազդեցության կանխատեսում մետաղների հետ ցանկացած լուծիչներում:
Հատուկ առանձնահատկություններ.Ըստ այս տեսության՝ էթիլային սպիրտն ու ամոնիակը թույլ թթուներ են, քանի որ ունակ են փոխազդելու ալկալային մետաղների հետ.

2C 2 H 5 OH + 2Na = 2C 2 H 5 ONa + H 2
2NH 3 + 2Na = 2NaNH 2 + H 2

Արրենիուս-Օստվալդի էլեկտրոլիտիկ դիսոցացիայի տեսություն

Հիմնական հոդված. Էլեկտրոլիտիկ դիսոցիացիայի տեսություն

Թթվային HA-ի համար Կ = ·/
ԱՆ բազայի համար Կ = ·/

Որպեսզի ռեակցիա տեղի ունենա թթվի և հիմքի միջև, դրանց տարանջատման հաստատունների արտադրյալը պետք է լինի 10-14-ից մեծ (ջրի իոնային արտադրանք):
Կիրառելիության շրջանակը.Այն բավականին գոհացուցիչ կերպով նկարագրում է բավականին ուժեղ թթուների և հիմքերի ռեակցիաները միմյանց հետ և դրանց ջրային լուծույթների հատկությունները։ Ելնելով աստիճանի և դիսոցման հաստատունի մասին պատկերացումներից՝ հաստատվել է էլեկտրոլիտների բաժանումը ուժեղ և թույլ, և ներդրվել է ջրածնի ինդեքսի հայեցակարգը, որի ընդլայնումը ալկալային միջավայրերի վրա պահանջում է, սակայն, լրացուցիչ ենթադրություններ (իոնային արտադրանքի ներմուծում ջրի):
Տեսությունը կարող է օգտագործվել աղերի հիդրոլիզը և թթուների և հիմքերի արձագանքը աղերի հետ նկարագրելու համար, բայց դա պահանջում է շատ ծանր ապարատ. պրոտոնների տեսությունը (տես ստորև) շատ ավելի հարմար է:
Arrhenius-Ostwald տեսության կիրառելիությունը սահմանափակվում է ջրային լուծույթներով։ Բացի այդ, դա չի բացատրում ամոնիակի, ֆոսֆինի և հիդրօքսիլ խմբեր չպարունակող այլ միացությունների հիմնական հատկությունների առկայությունը:

Պրոտոն Բրոնստեդ-Լաուրիի տեսություն

Հիմնական հոդված. Թթուների և հիմքերի պրոտոլիտիկ տեսություն

Մոդելների համեմատություն
թթու-բազային փոխազդեցություն
ըստ Լյուիսի և Բրոնսթեդի

Թթուների և հիմքերի պրոտոլիտիկ (պրոտոնային) տեսությունառաջարկվել է 1923 թվականին դանիացի գիտնական Ջ. Բրոնսթեդի և անգլիացի գիտնական Տ. Լաուրիի կողմից։ Դրանում թթուների և հիմքերի հասկացությունը միավորվել է մեկ ամբողջության մեջ, որը դրսևորվում է թթու-բազային փոխազդեցության մեջ՝ A B + H + (A - թթու, B - հիմք): Ըստ այս տեսության՝ թթուները մոլեկուլներ կամ իոններ են, որոնք կարող են լինել պրոտոնի դոնոր տվյալ ռեակցիայի ժամանակ, իսկ հիմքերը՝ մոլեկուլներ կամ իոններ, որոնք ավելացնում են պրոտոններ (ընդունիչներ)։ Թթուները և հիմքերը միասին հայտնի են որպես պրոտոլիտներ։

Թթու-բազային փոխազդեցության էությունը պրոտոնի տեղափոխումն է թթվից հիմք։ Այս դեպքում թթուն, պրոտոնը բազա տեղափոխելով, ինքնին դառնում է հիմք, քանի որ այն կրկին կարող է կցել պրոտոն, իսկ հիմքը, ձևավորելով պրոտոնացված մասնիկ, դառնում է թթու։ Այսպիսով, ցանկացած թթու-բազային փոխազդեցության մեջ ներգրավված են երկու զույգ թթուներ և հիմքեր, որոնք կոչվում են Բրոնստեդի կողմից: խոնարհված A1 + B2 A2 + B1:

Նույն նյութը, կախված փոխազդեցության պայմաններից, կարող է լինել և՛ թթու, և՛ հիմք (ամֆոտեր): Օրինակ՝ ջուրը ուժեղ թթուների հետ փոխազդեցության ժամանակ հիմք է՝ H 2 O + H + H 3 O +, իսկ ամոնիակի հետ փոխազդելիս դառնում է թթու՝ NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH − ։

Solvosystem տեսություն

Հիմնական հոդված. Solvosystem տեսություն

Սոլվո համակարգերի տեսությունը Արրենիուս-Օստվալդի տեսության ընդլայնումն է այլ իոնային (մասնավորապես՝ պրոտիկ) լուծիչների վրա։ Առաջարկվել են ամերիկացի քիմիկոսներ G. Cady-ի, E. Franklin-ի և C. Kraus-ի կողմից
Սահմանումներ.Իոնային լուծիչը այն լուծիչն է, որն ինքնանջատվում է կատիոնի և անիոնի: Կատիոնը կոչվում է լիոնիումի իոն, իսկ անիոնը՝ լիատի իոն։ Պրոտիկ լուծիչը լուծիչ է, որը կարող է ինքնապրոտոլիզ անել, այսինքն՝ H + իոնի փոխանցումը մի մոլեկուլից մյուսը.

2HL ↔ H 2 L + + L -

Սրանք լուծիչներ են, որոնք պարունակում են բավականին բևեռային կապ, որը ներառում է ջրածին և առանձին էլեկտրոնային զույգ որևէ այլ ոչ մետաղի վրա (առավել հաճախ՝ ազոտ, թթվածին կամ ֆտոր):
Նշում. այս սահմանման մեջ պրոտոնների տեսությունը «հարդալար է», քանի որ ավտոպրոտոլիզը թթու-բազային ռեակցիա է ըստ Breasted-Lowry-ի: Այն նաև պարունակում է Լյուիսի տեսությունը, քանի որ բացատրում է լիոնիումի իոնների առաջացման պատճառները։
H 2 L + իոնը կոչվում է լիոնիումի իոն, իսկ L - իոնը՝ լիաթի իոն։
Թթուները նյութեր են, որոնք տվյալ լուծիչում ձևավորում են լիոնիումի իոն։
Հիմքերը այն նյութերն են, որոնք տվյալ լուծիչում ձևավորում են լիատ իոն:
Աղերը նյութեր են, որոնք տարանջատվում են տվյալ լուծիչում՝ առաջացնելով կատիոն և անիոն, որոնք լիոնիում կամ լիատ չեն:
Ռեակցիայի արտադրանք.Երբ թթուն փոխազդում է հիմքի հետ (չեզոքացման ռեակցիա), առաջանում է աղ և լուծիչ։
Օրինակներ.

Ռեակցիայի քանակական բնութագրերը և չափանիշներըԹթուների և հիմքերի ուժգնությունը բնութագրվում է դրանց դիսոցման հաստատունով։
Դիսոցացիայի հաստատունները կախված են լուծիչից: Պրոտիկ լուծիչները բարձր ինքնադիսոցման հաստատուններով («թթվային լուծիչներ», օրինակ՝ HF) տարբերում են թթուները (դրանցում թթուները դառնում են թույլ և տարբերվում ուժով), բայց չեզոքացնում են հիմքերը (բոլոր հիմքերը դառնում են ուժեղ՝ վերածվելով լիատ իոնի)։ Ցածր ավտոտարանջատման հաստատուններով պրոտիկ լուծիչները («հիմնական լուծիչներ, օրինակ՝ NH 3 ) տարբերում են հիմքերը, բայց չեզոքացնում են թթուները (որոնք ուժեղանում են՝ դառնալով լիոնիում)։
Ռեակցիան ուժեղ թթուներից անցնում է թույլ թթուների:
Կիրառելիության շրջանակը.Թույլ է տալիս կանխատեսել թթու-բազային ռեակցիաները ցանկացած լուծիչում: Թթու-բազային պրոցեսների վերահսկում լուծիչի միջոցով: Ընդլայնում է pH հասկացությունը՝ որպես լիոնիումի իոնների կոնցենտրացիան ոչ ջրային լուծույթների վրա: Նկարագրում է OH խմբեր չպարունակող նյութերի հիմնական հատկությունները:
Այնուամենայնիվ, շատ խնդիրների համար տեսությունը չափազանց ծանրաբեռնված է:
Հատուկ առանձնահատկություններԱյս տեսության որոշ թթու-բազային ռեակցիաներ կարող են գլխիվայր շրջվել, օրինակ

KOH (թթու) + HCl (հիմք) = KCl (լուծիչ) + H 2 O (աղ)

Լյուիսի էլեկտրոնի տեսություն

Հիմնական հոդված. Լյուիսի տեսություն

Լյուիսի (1923) տեսության մեջ, հիմնված էլեկտրոնային հասկացությունների վրա, թթու և հիմք հասկացությունն ավելի ընդլայնվեց։ Լյուիս թթուն մոլեկուլ կամ իոն է, որն ունի թափուր էլեկտրոնային ուղեծրեր, ինչի արդյունքում այն ​​ընդունակ է ընդունել էլեկտրոնային զույգեր։ Դրանք են, օրինակ, ջրածնի իոնները՝ պրոտոնները, մետաղական իոնները (Ag +, Fe 3+), որոշ ոչ մետաղների օքսիդներ (օրինակ՝ SO 3, SiO 2), մի շարք աղեր (AlCl 3), ինչպես նաև։ որպես նյութեր, ինչպիսիք են BF 3, Al 2 O3: Լյուիս թթուները, որոնք չեն պարունակում ջրածնի իոններ, կոչվում են ապրոտիկ թթուներ։ Պրոտաթթուները համարվում են թթուների դասի հատուկ դեպք։ Լյուիսի հիմքը մոլեկուլ կամ իոն է, որն ընդունակ է նվիրաբերել էլեկտրոնային զույգեր՝ բոլոր անիոններ, ամոնիակ և ամիններ, ջուր, սպիրտներ, հալոգեններ: Լյուիս թթուների և հիմքերի միջև քիմիական ռեակցիաների օրինակներ.

• AlCl 3 + Cl − → AlCl 4 −
• BF 3 + F - → BF 4 -
• PCl 5 + Cl - → PCl 6 - .

Ուսանովիչի ընդհանուր տեսությունը

Թթուների և հիմքերի ամենաընդհանուր տեսությունը ձևակերպել է Մ.Ուսանովիչը 1939 թ. Տեսությունը հիմնված է այն գաղափարի վրա, որ ցանկացած թթու-բազային փոխազդեցություն աղի առաջացման ռեակցիա է։ Ըստ այս տեսության՝ թթուն այն մասնիկն է, որը կարող է հեռացնել կատիոնները, ներառյալ պրոտոնը, կամ ավելացնել անիոններ, ներառյալ էլեկտրոնը: Հիմք - մասնիկ, որը կարող է ընդունել պրոտոն և այլ կատիոններ կամ նվիրաբերել էլեկտրոն և այլ անիոններ(ձևակերպում 1964 թ.): Ի տարբերություն Լյուիսի՝ Ուսանովիչը «թթու» և «հիմք» հասկացությունները հիմնում է մասնիկի լիցքի նշանի վրա, այլ ոչ թե էլեկտրոնային թաղանթի կառուցվածքի վրա։

Ուսանովիչի տեսությունը փաստորեն վերացնում է դասական քիմիայի հիմնարար սկզբունքներից մեկը՝ թթուների և հիմքերի դասերի հայեցակարգը. թթուները և հիմքերը միացությունների դասեր չեն. թթվայնությունը և հիմնայնությունը նյութի ֆունկցիաներն են։ Արդյոք նյութը թթու է, թե հիմք, կախված է գործընկերոջից» .

Ուսանովիչի տեսության թերությունները ներառում են դրա չափազանց ընդհանուր բնույթը և «թթու» և «հիմք» հասկացությունների ձևակերպման ոչ բավարար հստակ սահմանումը: Թերությունները ներառում են նաև այն փաստը, որ այն չի նկարագրում ոչ իոնաթթու-բազային փոխակերպումները: Վերջապես, այն թույլ չի տալիս քանակական կանխատեսումներ

Ըստ Լյուիսի՝ օրգանական միացությունների թթվային և հիմնային հատկությունները գնահատվում են էլեկտրոնային զույգ ընդունելու կամ ապահովելու և հետագայում կապ ստեղծելու ունակությամբ։ Էլեկտրոնային զույգ ընդունող ատոմը էլեկտրոն ընդունող է, և այդպիսի ատոմ պարունակող միացությունը պետք է դասակարգվի որպես թթու: Էլեկտրոնային զույգ ապահովող ատոմը էլեկտրոնի դոնոր է, իսկ այդպիսի ատոմ պարունակող միացությունը հիմք է։

Օրինակ՝ Լյուիս թթուները ներառում են BF 3, ZnCl 2, AlCl 3, FeCl 3, FeBr 3, TiCl 4, SnCl, SbCl 5, մետաղական կատիոններ, ծծմբային անհիդրիդ՝ SO 3, կարբոկացիա։ Լյուիսի հիմքերը ներառում են RNH 2, R2NH, R3N ամիններ, ROH սպիրտներ, ROR եթերներ, թիոլներ RSH, թիոեթերներ RSR, անիոններ, π կապեր պարունակող միացություններ (ներառյալ անուշաբույր և հետերոցիկլիկ միացություններ:

5.3. Կոշտ և փափուկ թթուների և հիմքերի հայեցակարգը (LMCO սկզբունք, Պիրսոնի սկզբունք)

Թթուները և հիմքերը կոշտ և փափուկի բաժանելու ընդհանուր մոտեցումը կարելի է բնութագրել հետևյալ կերպ.

Կոշտ թթուներ- Լյուիս թթուները, որոնցում ընդունող ատոմները փոքր չափերի են, ունեն մեծ դրական լիցք, բարձր էլեկտրաբացասականություն և ցածր բևեռացում։ Կոշտ թթուների մոլեկուլային ուղեծիրը, որին փոխանցվում են դոնոր էլեկտրոնները, ունի էներգիայի ցածր մակարդակ։

Փափուկ թթուներ -Լյուիս թթուներ, որոնք պարունակում են մեծ ընդունող ատոմներ՝ ցածր դրական լիցքով, ցածր էլեկտրաբացասականությամբ և բարձր բևեռացման հնարավորություններով։ Փափուկ թթուների մոլեկուլային ուղեծիրը, որն ընդունում է դոնոր էլեկտրոնները, ունի էներգիայի բարձր մակարդակ։

Կոշտ հիմքեր- դոնորային մասնիկներ, որոնցում դոնոր ատոմներն ունեն բարձր էլեկտրաբացասականություն և ցածր բևեռացում: Վալենտային էլեկտրոնները ամուր են պահվում, արտադրանքը դժվար է օքսիդացնել: Օրբիտալը, որի զույգ էլեկտրոնները փոխանցվում են ընդունողին, ունի էներգիայի ցածր մակարդակ։ Դոնոր ատոմները կոշտ հիմքերում կարող են լինել թթվածինը, ազոտը, ֆտորը և քլորը:

Փափուկ հիմքեր- դոնորային մասնիկներ, որոնցում դոնոր ատոմներն ունեն ցածր էլեկտրաբացասականություն և բարձր բևեռացում, դրանք հեշտությամբ օքսիդացվում են. վալենտային էլեկտրոնները թույլ են պահվում: Օրբիտալը, որի զույգ էլեկտրոնները փոխանցվում են ընդունիչին, ունի էներգիայի բարձր մակարդակ: Փափուկ հիմքերում դոնոր ատոմներն են ածխածնի, ծծմբի և յոդի ատոմները: Աղյուսակ 4

Համաձայն Պիրսոնի կոշտ և փափուկ թթուների և հիմքերի սկզբունքի (HABP), Լյուիսի թթուները բաժանվում են կոշտ և փափուկ: Կոշտ թթուներ -ընդունող ատոմներ փոքր չափերով, բարձր դրական լիցքով, բարձր էլեկտրաբացասականությամբ և ցածր բևեռացմամբ:

Փափուկ թթուներ -մեծ ընդունիչ ատոմներ՝ փոքր դրական լիցքով, ցածր էլեկտրաբացասականությամբ և բարձր բևեռայնությամբ:

LCMO-ի էությունն այն է, որ կոշտ թթուները փոխազդում են կոշտ հիմքերի հետ, իսկ փափուկ թթուները՝ փափուկ հիմքերի հետ: Օրինակ՝ երբ նատրիումի էթօքսիդը փոխազդում է իզոպրոպիլյոդիդի հետ, էթօքսիդը՝ C 2 H 5 O իոնը, որպես կոշտ հիմք, արձագանքելու է կոշտ թթվի հետ, որը պրոտոնն է - դիրքում։ Գերակշռող կլինի վերացման ռեակցիան։

Լյուիս թթուն մոլեկուլ կամ իոն է, որն ունի թափուր էլեկտրոնային ուղեծրեր, ինչի արդյունքում այն ​​ընդունակ է ընդունել էլեկտրոնային զույգեր։ Օրինակ՝ ջրածնի իոններ՝ պրոտոններ, մետաղական իոններ (Ag +, Fe 3+), որոշ ոչ մետաղների օքսիդներ (SO 3, SiO 2), մի շարք աղեր (AlCl 3), նյութեր, ինչպիսիք են BF 3, Al 2 O։ 3. Լյուիս թթուները, որոնք չեն պարունակում ջրածնի իոններ, կոչվում են ապրոտիկ։ Պրոտաթթուները համարվում են թթուների դասի հատուկ դեպք։

Լյուիսի հիմքը մոլեկուլ կամ իոն է, որն ընդունակ է նվիրաբերել էլեկտրոնային զույգեր՝ բոլոր անիոններ, ամոնիակ և ամիններ, ջուր, սպիրտներ, հալոգեններ:

Լյուիս թթուների և հիմքերի միջև քիմիական ռեակցիաների օրինակներ.

AlCl 3 + Cl - → AlCl 4 -

BF 3 + F - → BF 4 -

PCl 5 + Cl - → PCl 6 - .

Իոնային պոտենցիալը իոնի էլեկտրոնային լիցքի և դրա հարաբերակցությունն էարդյունավետ շառավիղ:

Արտահայտված Z/r հարաբերակցությամբ, որտեղ Z-ը լիցքն է, r - իոնային շառավիղ. Օգտագործվում է բյուրեղային ցանցում կամ լուծույթում իոնի փոխազդեցությունը բնութագրելու համար

Կոշտ հիմքերը ներառում են դոնոր մասնիկներ, որոնք ունեն բարձր էլեկտրաբացասականություն, ցածր բևեռացում և դժվար է օքսիդանալ: Միացությունը ամուր պահում է իր էլեկտրոնները, նրա մոլեկուլային ուղեծրը, որի զույգ էլեկտրոնները փոխանցվում են ընդունողին, ունի ցածր էներգիայի մակարդակ Փափուկ հիմքեր։ Դրանք ներառում են ցածր էլեկտրաբացասականություն ունեցող, բարձր բևեռացման և բավականին հեշտությամբ օքսիդացող դոնոր մասնիկներ: Նրանք թույլ են պահպանում իրենց վալենտային էլեկտրոնները, իրենց մոլեկուլային ուղեծրերը և ունեն էներգիայի բարձր մակարդակ (էլեկտրոնները հեռացվում են ատոմի միջուկից)։
Կոշտ թթուներ. ներառում են Լյուիս թթուները, որոնցում ընդունող ատոմները փոքր չափսերով են, ունեն մեծ դրական լիցք, բարձր էլեկտրաբացասականություն և ցածր բևեռացում։ Մոլեկուլային օրբիտալն ունի էներգիայի ցածր մակարդակ։ Փափուկ թթուներ. ներառում են Լյուիսի թթուներ, որոնք պարունակում են մեծ ընդունող ատոմներ՝ փոքր դրական լիցքով, ցածր էլեկտրաբացասականությամբ և բարձր բևեռացմամբ: Մոլեկուլային օրբիտալն ունի էներգիայի բարձր մակարդակ։ HICA-ի սկզբունքի էությունն այն է, որ կոշտ թթուները գերադասելիորեն փոխազդում են կոշտ հիմքերի հետ, իսկ փափուկ թթուները՝ փափուկ հիմքերի հետ: ռեակցիայի բարձր տեմպերը, ավելի կայուն միացությունների առաջացումը

Տոմս թիվ 2 1. Հալոգեններ. Օքսիդացման վիճակներ. Հալոգենների անհամաչափություն. Օքսիդացնող հզորության համեմատություն. Ջրածնի հալոգենիդներ և հիդրոհալաթթուներ: HF-ի առանձնահատկությունները. Մետաղների և ոչ մետաղների հալոգենիդներ, դրանց փոխազդեցությունը ջրի հետ. Հալոգեն օքսիդներ.

Հիմնական վիճակում հալոգենի ատոմներն ունեն էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա nsnp5: ֆտորը ավելի փոքր շառավղով, իոնացման էներգիայի և էլեկտրաբացասականության մեծ արժեքներ: Ֆտորի էլեկտրոնային մերձավորությունն ավելի քիչ է, քան քլորինը: ֆտորի օքսիդացման վիճակներ -1, 0:

Հալոգեն միացությունները դրական օքսիդացման վիճակներում ցուցաբերում են օքսիդացնող հատկություններ:

Հալոգենները ամենաակտիվ ոչ մետաղներն են։ Ֆտորը փոխազդում է գրեթե բոլոր պարզ նյութերի հետ, բացառությամբ թեթև իներտ գազերի։ Ֆտորից յոդ պակասում է օքսիդացնող հատկությունը, իսկ վերականգնողը՝ մեծանում։ Քլորը փոխազդում է որոշ մետաղների՝ մագնեզիումի, ալյումինի, երկաթի օքսիդների հետ։

2MgO + 2C12 = 2MgCl2 + 02

Բրոմը ուժեղ օքսիդացնող նյութ է։ Ջրային միջավայրում այն ​​օքսիդացնում է ծծումբը՝ վերածելով ծծմբաթթվի.

ZVg2 + S + 4Н20 = bНВg + H2S04

կալիումի մանգանատ - դեպի պերմանգանատ.

2K2Mp04 + Vg2 = 2KMp04 + 2KVg

Յոդի օքսիդացնող հատկությունները ավելի քիչ են արտահայտված, քան մյուս հալոգենները։ Յոդն ի վիճակի չէ օքսիդացնել ոչ միայն թթվածինը, այլեւ ծծումբը։ Յոդիդները նվազեցնող հատկություն ունեն։ Քլորի, բրոմի, ջրածնի պերօքսիդի և ազոտական ​​թթվի ազդեցությամբ այն ջրային միջավայրում օքսիդանում է մինչև յոդաթթու H03.

3I2 (պինդ) + 10HNO3 (100%) = 6НIO3 + 10NO2 + 2Н20

Ստանդարտ պայմաններում ջրածնի հալոգենիդները անգույն գազեր են՝ սուր հոտով։ HF-ի համար՝ հալման և եռման կետերի արժեքները: Ջրածնի ֆտորիդի աննորմալ բարձր հալման և եռման կետերը բացատրվում են միջմոլեկուլային փոխազդեցությամբ՝ պայմանավորված HF մոլեկուլների միջև ջրածնային կապերի ձևավորման պատճառով: Պինդ ջրածնի ֆտորիդը բաղկացած է

zigzag պոլիմերային շղթաներ. HCl, HBr, HI-ի համար ջրածնային կապերի առաջացումը բնորոշ չէ հալոգենի ատոմի ավելի ցածր էլեկտրաբացասականության պատճառով։ HC1-ի, HBr-ի և HI-ի ջրային լուծույթներն իրենց պահում են ուժեղ թթուների պես: հիդրոֆտորային HF և հիդրոքլորային HC1 թթուները չեն փոխազդում խտացված ծծմբաթթվի հետ, սակայն HBr-ը և HI-ն օքսիդանում են դրանով.

2HBr + H2S04 (koh4.) = Br2t + S02 + 2H20

8HI + H2S04 (koh4.) = 4I2 + H2S + 4H20

Ալկալիների և հողալկալիական մետաղների հալոգենիդները իոնային նյութեր են: Դրանք լուծելի են ջրում և ունեն բարձր հալման և եռման ջերմաստիճան։

Hypohalogenetic թթուներ HCO հայտնի են միայն նոսր ջրային լուծույթներում:

Հիպոհալոգենացված թթուները թույլ են: HSIu-HBrO-Niu շարքի թթվային հատկությունները թուլանում են, իսկ հիմնայինները՝ մեծանում։ Ջրաթթուն արդեն ամֆոտերային միացություն է։

Հիպոհալիտների լուծույթներն ունեն խիստ ալկալային ռեակցիա, և դրանց միջով CO2 անցնելը հանգեցնում է թթվի ձևավորմանը.

NaCIO + Н20 + С02 = NaHC03 + НСУ

Հիպոհալոգենացված թթուները և դրանց աղերը ուժեղ օքսիդացնող նյութեր են.

HXO2 օքսոաթթուներից հայտնի է քլորաթթու HXO2։

HClO2-ը միջին հզորության թթու է։

HXO3 օքսոաթթուներն ավելի կայուն են, քան հիպոհալիթաթթուները: Հիպոքլորային HSO3 և բրոմային HSO3 թթուներ ստացվել են 50%-ից ցածր կոնցենտրացիաներով լուծույթներում, իսկ որպես առանձին նյութ առանձնացվել է յոդային HSO3: HClO3-ի և HBrO3-ի լուծույթները ստացվում են նոսր H2S04-ի ազդեցությամբ համապատասխան աղերի լուծույթների վրա, օրինակ.

Ba(ClO3)2 + H2S04 = 2HClO3 + BaS04

Յոդոնաթթուն ստացվում է յոդի գոլորշիացող ազոտական ​​թթվով օքսիդացումից։

թթու, ջրածնի պերօքսիդի լուծույթ.

I2 + 5Н202 = 2НI3 + 4Н20:

HXO3-ը ուժեղ թթուներ են: HClO3 - HBrO3 - HI3 սերիայում նկատվում է թթուների ուժի մի փոքր նվազում։

Պերքլորաթթու HC104. արտազատվում է HC104*H20 հիդրատների տեսքով։ Բրոմաթթու HBrO4 հայտնի է միայն լուծույթներում:

Հեղուկ HF-ը կազմված է HF պոլիմերային շղթաներից:

Հալոգեն-թթվածին կապը փխրուն է, որն առաջանում է ատոմների ուժեղ փոխադարձ վանմամբ՝ բարձր

Էլեկտրոնեգատիվություն. հալոգեն օքսիդները անկայուն են: OF2 թթվածնի դիֆտորիդ կարելի է ձեռք բերել

2F2 + 2NaOH =OF2 + 2NaF + H20

Թթվածնի դիֆտորիդը ուժեղ օքսիդացնող-ֆտորացնող նյութ է:

Երբ էլեկտրական լիցքաթափումն անցնում է ֆտորի և թթվածնի սառեցված խառնուրդով, կարող է ստացվել մեկ այլ ֆտոր՝ 02F2:

Քլորի օքսիդ (I) C120 Ստացվում է

3HgO + 2С1 2 = Hg30 2 Cl 2 + Cl 2 O

Կապը չափազանց անկայուն է։

2. Տիտանի, ցիրկոնիում, հաֆնիում։ Redox հատկությունների համեմատություն. Մետաղների փոխազդեցությունը թթուների և ալկալիների լուծույթների հետ: Տարբերությունը Ti միացությունների և Zr-ի և Hf-ի միջև: Ti 2+ և Ti 3+ միացությունների ռեակցիաները. E 4+ միացություններ՝ օքսիդներ, թթուների a- և b ձևեր։ Հալոգենիդները, դրանց հիդրոլիզը. Օքսոկացիոն աղեր. Հալիդային համալիրներ.

Իոնացումը նկատելիորեն նվազում է տիտանից ցիրկոնիում անցնելիս։

Խմբի միայն առաջին տարրը՝ տիտանը, բարձր քիմիական ակտիվություն է ցուցաբերում։ Հաֆնիումը ունի լանթանիդի սեղմում: Հատկանշական օքսիդացման աստիճանը +4 է, միացությունների մեծ մասը կովալենտ են։ Ti - Zr-Hf շարքում բարձրանում է ամենաբարձր օքսիդացման աստիճան ունեցող միացությունների կայունությունը։ Այսպիսով, TiO, Ti203, Ti02 և ֆտորիդները TiF2, TiF3, TiF4 կայուն են տիտանի համար, իսկ միայն Zr02, Hf02 երկօքսիդները և ZrF4, HfF4 տետրաֆտորիդները կայուն են ցիրկոնիումի և հաֆնիումի համար։ Տիտանը ավելի հակված է ցածր օքսիդացման +2, +3 վիճակների, քան իր ծանր անալոգները։Ցիրկոնիումի (III) և հաֆնիումի (III) միացությունները ջրային լուծույթներում գոյություն չունեն։ օքսիդացման վիճակները մեծացնում են հիմնական և վերականգնող հատկությունները

Տիտանի համար բնորոշ կոորդինացիոն թիվը 6 է, իսկ ավելի հազվադեպ՝ 4; ցիրկոնիում և հաֆնիում 7 և 8:

Հալոգենների հետ ռեակցիան սկսվում է ցածր տաքացումից՝ միշտ առաջացնելով MX4 տետրահալիդներ։

Ի տարբերություն ցիրկոնիումի և հաֆնիումի, տիտանը տաքացնելիս փոխազդում է աղաթթուների և նոսր ծծմբաթթուների հետ։

2Ti + 6HC1 = 2TiCl3 + ZN2T

Տիտանը նույնպես լուծվում է խտացված ֆտորաթթվի մեջ՝ առաջացնելով կանաչ լուծույթներ։

2Ti + 6HF = 2- + Ti2+ + ZN2T

Ti + 6HF + 02 = H2 + 2H20

Տիտանը չափազանց դանդաղ է լուծվում նոսր և խտացված ազոտական ​​թթվի մեջ, ինչպես նաև ջրային ռեգիաում. ռեակցիան կանխվում է շերտի ձևավորմամբ։

Ti + 4H2S207 - Ti(S04)2 + 2S02T + 4H2S04

Երբ տաքացվում է, տիտանի փոշին դանդաղորեն լուծվում է կենտրոնացված լուծույթներում և հալեցնում ալկալիները.

Ti + 2NaOH + H20 = Na2Ti03 + 2H2

Ցիրկոնը և հատկապես հաֆնիումը ավելի դիմացկուն են թթուների օքսիդացման նկատմամբ։ մի արձագանքեք որևէ նոսր թթվի հետ, բացառությամբ հիդրոֆլորաթթվի: ցիրկոնիումը և հաֆնիումը ակտիվորեն փոխազդում են միայն ազոտային և հիդրոֆտորաթթուների խառնուրդի հետ.

ЗМ + 4HN03+ 21HX = ЗН3[МХ7] + 4NO + 8Н20

Ցիրկոնիումի և հաֆնիումի փոխազդեցությունը ֆտորաթթվի և խտացված ծծմբաթթվի հետ տեղի է ունենում ավելի դանդաղ.

M + 7HF = H3 +2H2T

M + 5H2S04 = H2 + 2S02t + 4H20

Խտացված HN03-ը մեծացնում է մետաղների կոռոզիոն դիմադրությունը: Ցիրկոնը և հաֆնիումը չեն փոխազդում ալկալիների հետ։