Thuyết axit-bazơ Brønsted-Lowry

Thuyết Brønsted–Lowry là một thuyết về phản ứng axit-bazơ do Johannes Nicolaus BrønstedThomas Martin Lowry đề xuất một cách độc lập vào năm 1923. Theo thuyết này, khi một axit phản ứng với một bazơ thì axit tạo thành bazơ liên hợp của nó, và bazơ tạo thành axit liên hợp của nó thông qua trao đổi một proton (cation hydro, hay H+). Thuyết này là một dạng khái quát hóa của thuyết Arrhenius.

Định nghĩa axit và bazơSửa đổi

Johannes Nicolaus BrønstedThomas Martin Lowry phát biểu một cách độc lập rằng axit là chất nhường proton (H+) và bazơ là chất nhận proton.

Thuyết Arrhenius phát biểu rằng axit là chất phân ly trong dung dịch nước tạo thành H+ (ion hydro) còn bazơ là chất phân ly trong dung dịch nước tạo thành OH (ion hydroxit).[1] 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 axit-bazơ mang tên hai ông,[2][3][4][5][6] đánh dấu một bước phát triển mới so với thuyết Arrhenius. Trong thuyết Brønsted-Lowry, axit và bazơ được định nghĩa theo cách chúng phản ứng với nhau. Định nghĩa này được biểu diễn qua phương trình cân bằng sau:

axit + bazơbazơ liên hợp + axit liên hợp.

Với HA là một axit, phuơng trình trên có thể được viết dưới dạng

 .

Phản ứng này là phản ứng thuận nghịch xảy ra ở hai chiều ngược nhau. Axit HA có thể mất một proton để trở thành bazơ liên hợp của nó, A. Bazơ B có thể nhận một proton để trở thành axit liên hợp của nó, HB+. Đa số phản ứng axit-bazơ đều xảy ra nhanh để tất cả các thành phần của phản ứng đều nằm trong trạng thái cân bằng động với nhau.[7]

Dung dịch nướcSửa đổi

 
Axit axetic, một axit yếu, nhường một proton (ion hydro, màu xanh) cho nước trong một phản ứng cân bằng để tạo ra ion axetat và ion hydroni. Màu đỏ chỉ ôxy, màu đen: cacbon, màu trắng: hydro.

Xét phản ứng axit-bazơ sau:

 .

Axit axetic, CH3COOH, là một axit vì nó nhường một proton cho nước (H2O) và trở thành bazơ liên hợp của nó, ion axetat (CH3COO). H2O là một bazơ vì nó nhận một proton từ CH3COOH và trở thành axit liên hợp của nó, ion hydroni (H3O+).[8]

Phản ứng chiều nghịch của một phản ứng axit-bazơ cũng là một phản ứng axit-bazơ, giữa axit liên hợp của bazơ ban đầu và bazơ liên hợp của axit ban đầu. Trong ví dụ trên, axetat là bazơ của phản ứng chiều nghịch và ion hydroni là axit.

 

Điểm mạnh của thuyết Brønsted-Lowry so với thuyết Arrhenius là nó không yêu cầu một axit phải phân ly trong nước.

Chất lưỡng tínhSửa đổi

 
Tính lưỡng tính của nước

Bản chất của thuyết Brønsted-Lowry là một axit chỉ tồn tại liên quan đến một bazơ và ngược lại. Nước là một chất lưỡng tính vì nó có thể đóng vai trò là một axit hoặc một bazơ. Trong hình bên phải, một phân tử H2O đóng vai trò là bazơ và nhận thêm H+ để trở thành H3O+ trong khi phân tử còn lại đóng vai trò là axit và mất H+ để trở thành OH.

Dung dịch không có nướcSửa đổi

Ion hydro hoặc ion hydroni là một axit Brønsted-Lowry trong dung dịch nước, và ion hydroxit là một bazơ theo phản ứng tự phân ly

 .

Một phản ứng tương tự xảy ra đối với amoniac:

 .

Do đó, ion amoni NH4+ đóng vai trò trong amoniac lỏng giống như ion hydroni trong nước, và ion amit NH2 tương ứng với ion hydroxit. Muối amoni có tính chất như axit, và muối amit có tính bazơ.[9]

Một số dung môi không nước có thể có tính bazơ, đóng vai trò là chất nhận proton, liên quan đến axit Brønsted-Lowry:

 

với S là một phân tử dung môi. Một số dung môi như vậy bao gồm đimêtyl sunfoxit (DMSO) và acetonitrile (CH3CN); đó là những dung môi quan trọng nhất vì chúng được dùng phổ biến để đo hằng số điện ly axit của các phân tử hữu cơ. Vì DMSO là chất nhận proton mạnh hơn H2O nên axit trở thành axit mạnh hơn trong dung môi này so với nước.[10] Thật vậy, nhiều phân tử có tính axit trong dung dịch không nước dù không có tính chất này trong dung dịch nước. Một trường hợp đặc biệt xảy ra với axit cacbon, trong đó một proton được lấy ra từ một liên kết C-H.

Một số dung môi không nước khác có thể có tính axit. Dung môi axit làm tăng tính bazơ của các chất tan trong nó. Ví dụ, hợp chất CH3COOH được gọi là axit axetic do tính axit của nó trong nước. Tuy nhiên nó lại đóng vai trò là một bazơ trong hydro clorua lỏng, vốn là một dung môi có tính axit mạnh hơn nhiều:[11]

 

Chú thíchSửa đổi

  1. ^ Myers 2003, tr. 157–161.
  2. ^ Brönsted, J. N. (1923). “Einige Bemerkungen über den Begriff der Säuren und Basen”. Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas. 42 (8): 718–728. doi:10.1002/recl.19230420815.
  3. ^ Lowry, T. M. (1923). “The uniqueness of hydrogen”. Journal of the Society of Chemical Industry. 42 (3): 43–47. doi:10.1002/jctb.5000420302.
  4. ^ Masterton, Hurley & Neth 2011, tr. 433.
  5. ^ Ebbing & Gammon 2010, tr. 644–645.
  6. ^ Whitten và đồng nghiệp 2013, tr. 350.
  7. ^ Lew 2009, tr. 30−31.
  8. ^ Patrick 2012, tr. 76.
  9. ^ Holliday & Massey 1965, tr. 3.
  10. ^ Reich, Hans J. “Bordwell pKa Table (Acidity in DMSO)”. Khoa Hóa học, Đại học Wisconsin-Madison. Bản gốc lưu trữ ngày 9 tháng 10 năm 2008. Truy cập ngày 8 tháng 11 năm 2020.
  11. ^ Waddington 1965, tr. 104.

Tham khảoSửa đổi