Protolitske reakcije

Pojasnjuje vam: Inštruktor Blaž

Protolitske reakcije so reakcije, pri kateri kislina odda svoj vodikov proton H+ bazi. Kisline so snovi, ki oddajajo vodikov proton, baze pa ga sprejemajo.

Kisline

Kadar kislino raztopimo v vodi, le ta molekuli vode odda vodikov proton in tako tvori oksonijev ion H3O+. Splošna protolitska reakcija kisline se glasi:

HA predstavlja kislino, ki odda vodikov proton. Dvosmerna puščica ponazarja, da je reakcija ravnotežna.

Primeri protolitskih reakcij kislin:

Binarna kislina: HCl IN HF

V obeh reakcijah molekuli HCl in HF oddata vodikov proton in tvorita oksonijev ion. Razlika med obema reakcija je ta, da je HCl izjemno močna kislina, zato je reakcija enostranska, HF pa je šibka kislina, zato reakcija poteka v obe smeri.

Enoprotonska oksokislina: HNO3

Oksokislina je enoprotonska, če vsebuje le en atom vodika, ki ga nato vodi odda kot proton. HNO3 odda vodikov proton vodi in nastane oksonijev ion. Tudi HNO3 je močna kislina, zato je reakcija enosmerna.

Večprotonska oksokislina: H2SO4

Če vsebuje kislina več vodikovih atomov, ki jih odda vodi kot proton, je večprotonska. Takšne kisline reagirajo v več stopnjah. Oglejmo si protolitsko reakcijo žveplove (VI) kisline:

Žveplova(VI) kislina protolitsko reagira v dveh stopnjah. V prvi stopnji praktično vse molekule H2SO4 oddajo enega od dveh protonov molekulam vode, zato v enačbi protolitske reakcije uporabimo enojno puščico. Nastane hidrogensulfatni(VI) ion HSO4 –, ki je šibka kislina. V drugi stopnji le del teh ionov odda protone molekulam vode in nastane sulfatni (VI) ion in oksonijev ion.

Baze

Baza je snov, ki sprejme proton vodi in tako tvori hidroksidni ion OH-.

Primeri protolitskih reakcij baz:

Kovinski hidroksid: NaOH in Ca(OH)2

Kovinski hidroksidi so hidroksidi prve in druge skupine periodnega sistema. To so trdne, ionsko zgrajene spojine, sestavljajo jih pozitivni kovinski ioni (kationi) in negativni hidroksidni ioni (anioni). Pri raztapljanju ionskega kristala se ionske vezi v kristalu prekinejo, iz kristalne strukture se izločijo ioni.

Pri raztapljanju natrijevega hidroksida naoH v vodi se sprostijo natrijevi ioni na+ in hidroksidni ioni OH−.
Pri raztapljanju kalcijevega hidroksida Ca(OH)2 v vodi se sprostijo kalcijevi ioni Ca2+ in hidroksidni ioni OH−. Vodni raztopini natrijevega in kalcijevega hidroksida sta bazični zaradi prevladujočih hidroksidnih ionov. Obe snovi sta močni bazi.

Amonijak: NH3

Molekula vode odda proton (vodikov ion H+) molekuli amonijaka NH3. Pri tem nastaneta amonijev ion NH4 + in hidroksidni ion OH–. Amonijak je šibka baza, ravnotežje protolitske reakcije je pomaknjeno v levo. V raztopini amonijaka so pretežno molekule NH3, amonijevih ionov NH4 + je manj.

Konjugirani kislinsko-bazni pari

Konjugirani kislinsko-bazni par je par delcev v protolitski reakciji, ki se razlikuje le v enem protonu. Konjugirana kislina je delec, ki je nastal iz baze s sprejemanjem protona. Konjugirana baza je delec, ki je nastal iz kisline z oddajanjem protona. Ista snov lahko v določenih reakcijah reagira kot kislina (če odda proton) ali kot baza (če sprejme proton).

Ugotovimo konjugirane kislinsko-bazne pare na primeru protolitske reakcije raztopine vodikovega fluorida:

Reakcija prikazuje protolitsko reakcijo fluorovodikove kisline. Molekula HF odda vodikov proton molekuli vode. V tem primeru molekula HF deluje kot kislina (odda proton), molekula vode pa kot baza (sprejme proton). Protolitska reakcija je ravnotežna, torej poteka tudi iz desne na levo stran. oksonijev ion H3O+ lahko odda proton fluoridnemu ionu F-. V primeru reakcije iz desne na levo stran deluje oksonijev ion kot kislina (ker odda proton), fluoridni ion pa kot baza (ker sprejme proton).

Molekula HF in ion F- se med seboj razlikujeta v enem vodikovem protonu. Takšen par se imenuje konjugiran kislinsko-bazni par. HF je kislina, F- je pa njegova konjugirana baza, ki je nastal iz kisline.

Enako se med seboj tudi molekula vode in oksonijev ion razlikujeta v vodikovem protonu in tudi to je konjugiran kislinsko-bazni par. Molekula vode je baza, oksonijev ion je pa njena konjugirana kislina.

Konjugirana kislina je delec, ki je nastal iz baze s sprejemanjem protona. Konjugirana baza je delec, ki je nastal iz kisline z oddajanjem protona. Poenostavljeno lahko rečemo, da ima konjugirana kislina en proton H+ več kot delec, iz katerega je nastala. Konjugirana baza pa ima en proton H+ manj kot delec, iz katerega je nastala.

Konjugirani kislinsko-bazni pari lahko nastanejo tudi pri protolitskih reakcijah baz. Ugotovimo konjugirane kislinsko-bazne pare na primeru amonijaka.

Molekula vode odda proton molekuli amonijaka, v tem primeru deluje voda kot kislina, amonijak pa kot baza. Protolitska reakcija je ravnotežna, torej poteka tudi iz desne na levo stran. Amonijev ion NH4 + lahko odda proton hidroksidnemu ionu OH–. V primeru reakcije iz desne na levo stran deluje amonijev ion kot kislina (ker odda proton), hidroksidni ion pa kot baza (ker sprejme proton).

Molekula amonijaka in amonijev ion NH4+ se med seboj razlikujeta v enem vodikovem protonu. Amonijev ion je konjugirana kislina molekuli NH3. Prav tako se molekula vode razlikuje v enem protonu od iona OH-, zato je OH- ion konjugirana baza molekuli vode.