ทฤษฎีของกรดและเบสจะขึ้นอยู่กับแนวคิดที่กำหนดโดย Antoine Lavoisier ใน 1776 ที่มีความรู้ของกรดที่แข็งแกร่งรวมถึงไนตริกและซัลฟูริก จำกัด Lavoisier อ้างว่าความเป็นกรดของสารขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจนที่มีอยู่เนื่องจากเขาไม่ทราบองค์ประกอบที่แท้จริงของไฮโดรเจนเฮไลด์และกรดแก่อื่น ๆ
ทฤษฎีนี้ถูกนำมาใช้เป็นคำจำกัดความที่แท้จริงของกรดเป็นเวลาหลายสิบปีแม้ว่านักวิทยาศาสตร์เช่น Berzelius และ von Liebig ได้ทำการปรับเปลี่ยนและเสนอวิสัยทัศน์อื่น ๆ แต่ก็ไม่ได้จนกว่า Arrhenius จะเริ่มเห็นได้ชัดเจนขึ้นว่ากรดและเบสทำงานอย่างไร
Thomas Martin Lowry หนึ่งในนักทฤษฎีกรดและเบส
ตาม Arrhenius นักฟิสิกส์เคมีBrönstedและ Lowry ได้พัฒนาทฤษฎีของตนเองอย่างอิสระจนกระทั่ง Lewis ได้เสนอเวอร์ชันที่ปรับปรุงและแม่นยำยิ่งขึ้น
ชุดของทฤษฎีนี้ใช้มาจนถึงทุกวันนี้และกล่าวกันว่าเป็นทฤษฎีที่ช่วยสร้างอุณหพลศาสตร์เคมีสมัยใหม่
ทฤษฎี Arrhenius
ทฤษฎีของ Arrhenius เป็นคำจำกัดความสมัยใหม่ครั้งแรกของกรดและเบสและถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์เคมีที่มีชื่อเดียวกันในปี 1884 ระบุว่าสารถูกระบุว่าเป็นกรดเมื่อสร้างไฮโดรเจนไอออนโดยการละลายในน้ำ
นั่นคือกรดจะเพิ่มความเข้มข้นของ H +ไอออนในสารละลายในน้ำ สิ่งนี้สามารถแสดงให้เห็นได้ด้วยตัวอย่างของการแยกตัวของกรดไฮโดรคลอริก (HCl) ในน้ำ:
HCl (aq) → H + (aq) + Cl - (aq)
จากข้อมูลของ Arrhenius เบสคือสารที่ปล่อยไฮดรอกไซด์ไอออนเมื่อแยกตัวในน้ำ นั่นคือจะเพิ่มความเข้มข้นของ OH -ไอออนในสารละลายในน้ำ ตัวอย่างของฐาน Arrhenius คือการละลายของโซเดียมไฮดรอกไซด์ในน้ำ:
NaOH (aq) → Na + (aq) + OH - (aq)
ทฤษฎีนี้ยังระบุด้วยว่าไม่มีไอออน H +ดังนั้นระบบการตั้งชื่อนี้จึงถูกใช้เพื่อแสดงถึงไฮโดรเนียมไอออน (H 3 O + ) และสิ่งนี้เรียกว่าไฮโดรเจนไอออน
แนวคิดของความเป็นด่างและความเป็นกรดได้รับการอธิบายเป็นความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจนไอออนตามลำดับเท่านั้นและไม่ได้อธิบายกรดและเบสประเภทอื่น ๆ (รุ่นที่อ่อนแอ)
ทฤษฎีBrönstedและ Lowry
Johannes Nicolaus Bronsted
ทฤษฎีนี้ได้รับการพัฒนาโดยอิสระจากเคมีฟิสิกส์สองชนิดในปีพ. ศ. 2466 ครั้งแรกในเดนมาร์กและครั้งที่สองในอังกฤษ ทั้งสองมีวิสัยทัศน์เดียวกันทฤษฎีของ Arrhenius มีข้อ จำกัด (เนื่องจากขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของสารละลายในน้ำ) และไม่ได้ระบุอย่างถูกต้องว่ากรดและเบสคืออะไร
ด้วยเหตุนี้นักเคมีจึงทำงานเกี่ยวกับไฮโดรเจนไอออนและอ้างว่ากรดเป็นสารที่ปล่อยหรือบริจาคโปรตอนในขณะที่เบสเป็นสารที่รับโปรตอนเหล่านั้น
พวกเขาใช้ตัวอย่างเพื่อแสดงให้เห็นถึงทฤษฎีของพวกเขาซึ่งเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาสมดุล เขาอ้างว่ากรดแต่ละตัวมีเบสคอนจูเกตและแต่ละเบสก็มีกรดคอนจูเกตเช่นนี้
HA + B ↔ A - + HB +
เช่นในปฏิกิริยา:
CH 3 COOH + H 2 O ↔ CH 3 COO - + H 3 O +
ในปฏิกิริยาก่อนหน้านี้กรดอะซิติก (CH 3 COOH) เป็นกรดเนื่องจากมันบริจาคโปรตอนให้กับน้ำ (H 2 O) จึงกลายเป็นเบสคอนจูเกตคืออะซิเตทไอออน (CH 3 COO - ) ในทางกลับกันน้ำเป็นเบสเพราะรับโปรตอนจากกรดอะซิติกและกลายเป็นกรดคอนจูเกตซึ่งเป็นไฮโดรเนียมไอออน (H 3 O + )
ปฏิกิริยาย้อนกลับนี้เป็นปฏิกิริยากรดเบสเช่นกันเนื่องจากกรดคอนจูเกตจะกลายเป็นกรดและเบสคอนจูเกตจะกลายเป็นเบสโดยการบริจาคและการยอมรับโปรตอนในลักษณะเดียวกัน
ข้อได้เปรียบของทฤษฎีนี้เหนือ Arrhenius คือไม่ต้องใช้กรดในการแยกตัวออกเพื่ออธิบายกรดและเบส
ทฤษฎีลูอิส
Gilbert Lewis นักฟิสิกส์เคมีเริ่มศึกษาคำจำกัดความใหม่ของกรดและเบสในปี 1923 ซึ่งเป็นปีเดียวกับที่Brönstedและ Lowry เสนอทฤษฎีของตนเองเกี่ยวกับสารเหล่านี้
ข้อเสนอนี้ซึ่งตีพิมพ์ในปีพ. ศ. 2481 มีข้อได้เปรียบที่ข้อกำหนดไฮโดรเจน (หรือโปรตอน) ถูกลบออกจากคำจำกัดความ
ตัวเขาเองเคยกล่าวไว้ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีของบรรพบุรุษของเขาว่า "การ จำกัด นิยามของกรดให้เป็นสารที่มีไฮโดรเจนนั้นเป็นการ จำกัด การ จำกัด ตัวออกซิไดซ์ให้อยู่ในกลุ่มที่มีออกซิเจน"
กล่าวโดยกว้างทฤษฎีนี้กำหนดฐานว่าเป็นสารที่สามารถบริจาคอิเล็กตรอนคู่หนึ่งและกรดเป็นสารที่สามารถรับคู่นี้ได้
อย่างแม่นยำยิ่งกว่านั้นระบุว่าฐานของลิวอิสคืออิเล็กตรอนที่มีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งซึ่งไม่ผูกพันกับนิวเคลียสของมันและสามารถบริจาคได้และกรดลิวอิสเป็นกรดที่สามารถรับอิเล็กตรอนอิสระได้ อย่างไรก็ตามคำจำกัดความของกรดลิวอิสนั้นหลวมและขึ้นอยู่กับลักษณะอื่น ๆ
ตัวอย่างคือปฏิกิริยาระหว่าง trimethylborane (Me 3 B) ซึ่งทำหน้าที่เป็นกรดลิวอิสเนื่องจากมีความสามารถในการรับอิเล็กตรอนคู่หนึ่ง - และแอมโมเนีย (NH 3 ) ซึ่งสามารถบริจาคคู่อิเล็กตรอนอิสระได้
ฉัน3 B +: NH 3 →ฉัน3 B: NH 3
ข้อได้เปรียบอย่างมากของทฤษฎีลิวอิสคือวิธีที่ช่วยเติมเต็มรูปแบบของปฏิกิริยารีดอกซ์ทฤษฎีนี้ชี้ให้เห็นว่ากรดทำปฏิกิริยากับเบสเพื่อแบ่งปันคู่อิเล็กตรอนโดยไม่ต้องเปลี่ยนเลขออกซิเดชันของใด ๆ อะตอม
ข้อดีอีกประการของทฤษฎีนี้คือช่วยให้เราสามารถอธิบายพฤติกรรมของโมเลกุลเช่นโบรอนไตรฟลูออไรด์ (BF 3 ) และซิลิกอนเตตระฟลูออไรด์ (SiF 4 ) ซึ่งไม่มี H +หรือ OH -ไอออนตามที่กำหนด ทฤษฎีก่อนหน้านี้
อ้างอิง
- บริแทนนิกา, E. d. (เอสเอฟ) สารานุกรมบริแทนนิกา. สืบค้นจาก britannica.com
- Brønsted - กรด Lowry - ทฤษฎีฐาน (เอสเอฟ) วิกิพีเดีย สืบค้นจาก en.wikipedia.org
- คลาร์กเจ (2545). ทฤษฎีกรดและเบส สืบค้นจาก chemguide.co.uk