Протолитическая теорія кислот і підстав знаходиться на межі двох наук - фізики і хімії. З її допомогою описуються властивості та природа всіх основ і кислот. Вченими вони поділяються на два класи речовин, які взаємодіють один з одним.

Завдання теорії

Протолитическая теорія кислот і підстав допомагає вирішити важливу задачу: передбачити, які продукти утворюються в результаті їх взаємодії і яким чином буде протікати ця реакція. Для цього експертами застосовуються кількісні та якісні особливості кислоти і підстави.


При цьому існує декілька теорій, які по-різному трактують, що таке кислоти і підстави. По-різному вони оцінюють і інші їх характеристики. Зрештою, від цього залежить, яким буде результат реакції.

Концептуальні хімічні системи

Протолитическая теорія кислот і підстав вкрай популярна, коли потрібно дізнатися, як вони взаємодіють у природі. Її широко застосовують у виробничій практиці та науковій сфері. Теоретичні знання про наслідки взаємодії основ і кислот визначають формування концептуальних систем хімії, впливають на різноманітні теоретичні концепції практично у всіх хімічних дисциплінах.

Еволюція знань про взаємодії кислот і підстав

Протолитическая теорія кислот і підстав відноситься до однієї з фундаментальних в хімії. Ключові поняття були вперше сформульовані вченими ще в XVII столітті. При цьому їх зміст після цього багаторазово змінювалася і переглядалася. Англійський хімік XVII століття Роберт Бойль гадав, що кислотами є тіла, атоми яких мають гострими виступами, а підстави - це їх пори. Тому, за його уявленнями, вся реакція нейтралізації зводиться до того, що виступи кислоти проникали в пори підстав.


Вперше теорію про кислотах і підставах запропонував французький аптекар Ніколя Лемері. В 1675 році він випустив "Курс хімії", в якому детально розписав хімічні і фізичні властивості речовин на основі їх форми і структури. Лемері уявляв собі, що кислоти володіють гострими шипами, з-за яких на шкірі виникають неприємні відчуття. Підстави він охрестив лугами, припускаючи, що їх пористу будову. В результаті утворюються нейтральні солі. Вже в XVIII столітті інший французький натураліст Антаун Лавуазьє пов'язав властивості кислот з присутністю в їх складі атомів кисню. Свою неспроможність ця гіпотеза продемонструвала після того, як англійський хімік Гемфрі Деві і його французький колега Жозеф Луї Гей-Люссак виявили ряд кислот, які взагалі не містили кисню. Серед них були галогеноводороди або синильние кислоти. При цьому виявилося велике число кисневмісних сполук, які не володіли властивостями кислот.

Сучасні уявлення

Поняття про протолитической теорії кислот і підстав значно змінилося в XIX столітті. Хіміки стали вважати кислотами тільки ті речовини, які здатні взаємодіяти з металами і виділяти водень. До таких висновків прийшов німецький вчений Юстус фон Лібіх в 1839 році. Саме він вважається одним з основоположників агрохімії та органічної хімії.
Паралельно з ним шведський мінеролог Йенс Якоб Берцеліус сформулював ідею про те, що до кислот варто відносити негативні оксиди неметалів, у той час як оксиди з позитивним зарядом є підставами. Це допомогло пояснити основні властивості кислот і підстав. Саме тому кислотність та основність швед розглядав як функціональне властивість сполук. Саме він уперше в світі зробив спробу передбачити кінцеву чинності розглянутих нами речовин. Основні положення протолитической теорії кислот і підстав були сформульовані після виходу робіт ще одного шведського хіміка Сванте Серпня Арреніуса. У 1887 році він узагальнив теорію дисоціації електрики. Після неї з'явилася реальна можливість описати властивості кислот і підстав виходячи з продуктів іонізації електролітів. А завдяки внеску російсько-німецького хіміка Вільгельма Фрідріха Оствальда теорія була сформульована і для слабких електролітів. У XX столітті американські вчені Кеді, Франклін і Краус обґрунтували теорію сольвосистем. Її стали застосовувати як до положень Арруниуса і Оствальда, так і щодо всіх інших розчинників, які могли самодиссоциироваться. В наші дні протолитическая теорія кислот найбільш повно сформульована данцем Йоханнесом Николаусом Бренстедом і американцем Гілбертом Ньютоном Льюїсом, який також займався ядерною фізикою і термодинамікою.

Теорія Лібіха

Згідно водневої теорії Лібіха, кислота являє собою речовина, здатна на реакції з металами, у результаті яких утворюється водень. При цьому поняття "підстава" Лібіх не вводив зовсім. Утворюються в результаті реакції водень і сіль. При взаємодії з сильними кислотами реакцію виявляють метали. Сьогодні теорія використовується для прогнозування взаємодії речовин, що містять водень, з металами в розчинниках.

Теорія Арреніуса-Оствальда

Розбираючись, в чому полягає протолитическая теорія кислот і підстав Арреніуса - Оствальда, відзначимо, що в ній кислотами вважаються всі речовини, які у водному розчині утворюють катіони водню. При цьому підставами вважаються тільки ті речовини, з якими у водному розчині виходить катіон металу або амонію.
В результаті реакції утворюються вода і сіль. Спостерігається залежність, коли сильні кислоти взаємодіють з сильними основами. На основі цієї теорії вдалося обґрунтувати розподіл електролітів, а також було введено визначення водневого показника, який поширюється на лужні середовища. Також її використовують при гідролізі солей та основ, що містять солі. Проте все рідше. Справа в тому, що для цього потрібні громіздкі обчислення. У той час як протонна теорія набагато простіше.

Теорія Бренстеда-Лоурі

Протолитическая теорія кислот і основ Бренстеда - Лоурі вперше з'явилася в 1923 році. Бренстед і Лоурі сформулювали її незалежно один від одного. Вчені об'єднали поняття кислот і підстав у єдине ціле. Згідно з їх уявленнями, кислоти - це молекули або іони, які виконують в реакції роль донорів протонів. В цей же час підставами є тільки ті молекули або іони, які здатні приєднувати протони. У цій теорії кислоти і підстави отримали визначення протолитов. В чому ж суть? Протолитическая теорія кислот і підстав у хімії зводиться до передачі протона від кислоти до основи. Причому в цей час кислота, позбувшись протона, сама перетворюється на основу. І може вже сама приєднати до себе новий протон. Підстава в цей час стає кислотою, формуючи протонированную частку. Тому в будь-якій взаємодії розглянутих нами речовин беруть участь дві пари основ і кислот. Бренстед називає їх спряженими. Це основні положення, що дозволяє сформулювати протолитическая теорія кислот і основ. Протолітичні реакції при цьому протікають подвійно, тому що будь-яка речовина, залежно від умов, може бути і кислотою і підставою. Пізніше Бренстед розвинув теорію кислотно-основного каталізу, а Лоурі працював над оптичною активністю органічних сполук.

Теорія сольвосистем

Теорія сольвосистем з'явилася при розвитку ідей, висунутих Аррениусом і Оствальдом. Найчастіше її застосовують при реакціях з протонними розчинниками. Запропонували її три американця - Кеді, Франклін і Краус. Відповідно до цієї гіпотези, в основі всього лежить іонний розчинник. Він має здатність розпадатися на окремі іони при відсутності розчинника. В даному випадку на катіон та аніон. Перший при цьому є іоном літію, а другий - іоном лиата. Використовуваний в реакції протонний розчинник здатний до передачі протона від будь-якої нейтральної молекули рідини до іншої. В результаті чого утворюється рівна кількість аніонів і катіонів. Продуктом такої реакції стає розчинник і сіль. Дану теорію застосовують для передбачення реакцій між кислотами і підставами у будь-яких розчинниках. Також можливо керувати цими процесами за допомогою розчинника. Теорія докладно описує властивості речовин, що не містять кисень і водень.

Теорія Льюїса

Теорія Льюїса сформульована в 1923 році. В її основу лягли наявні на той момент в науці електронні уявлення. З їх допомогою вдалося максимально розширити визначення підстави і кислоти. У хімії є поняття "кислота Льюїса". Це іон або молекула, яка володіє вільними електронними орбіталей, на які може приймати електронні пари. Яскравим прикладом служать протони - іони водню, а також іони певних металів, деякі солі і речовини. Якщо в кислоті Льюїса немає водню, то її називають апротонной.

Теорія Усановича

Максимально загальну теорію про кислотах і підставах у 1939 році сформулював радянський хімік Михайло Усанович. В її основі лежать уявлення про те, що будь-яка взаємодія між кислотою і підставою призведе до реакції сольових виступів. Таким чином, кислота визначається як частка, отщепляющая від себе катіони, в тому числі і протони, а також присоединяющая до себе замість них аніони і в першу чергу електрони. У той же час підставою є частка, яка володіє здатністю приєднати до себе протон або будь-який інший катіон. Але також може віддати електрон або аніон. Принципова відмінність від теорії Льюїса полягає в тому, що в основі визначень "підстава" і "кислота" лежить не їх будова електронної оболонки, а знак заряду їх частки. При цьому в теорії Усановича є і недоліки. Головні з них - велика кількість узагальнень і нечіткі формулювання основних понять. До того ж ця теорія не дозволяє давати кількісні передбачення наслідків взаємодії кислот і підстав.