Bronstedo-Lowry rūgščių-šarmų diskusijų klausimų pavyzdys
Rūgštys ir bazės yra svarbios chemijos sąvokos, kurias per daugelį metų vystė ir tobulino daugelis mokslininkų. Viena populiariausių teorijų yra Bronstedo-Lowry teorija, kurią 1923 m. pasiūlė Johannesas Nicolausas Bronstedas ir Thomasas Martinas Lowry. Ši teorija siūlo platesnį požiūrį į tai, kaip rūgštys ir bazės sąveikauja cheminėse reakcijose. Šiame straipsnyje aptarsime keletą pavyzdžių, susijusių su Bronstedo-Lowry rūgščių ir bazių samprata, ir kaip jas išspręsti.
Pagrindinės Bronstedo-Lowry rūgščių ir bazių sąvokos
Pagal Bronstedo-Lowry teoriją, rūgštis yra medžiaga, galinti atiduoti protoną (H+), o bazė – medžiaga, galinti priimti protoną. Cheminėse reakcijose rūgštys ir bazės sąveikauja protonų pernašos būdu, kai vienas junginys veikia kaip rūgštis, išskirdamas protoną, o kitas junginys veikia kaip bazė, priimdamas protoną.
Rūgščių ir bazių reakcijų pavyzdžiai
Paprastos rūgšties ir bazės reakcijos pavyzdys pagal Bronstedo-Lowry teoriją yra vario(II) sulfato (H2SO4) ir natrio hidroksido (NaOH) reakcija:
\[ \text{H}_2\text{SO}_4 + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaHSO}_4 + \text{H}_2\text{O} \]
Šioje reakcijoje sieros rūgštis (H2SO4) veikia kaip Bronstedo-Lowry rūgštis, nes ji atiduoda protoną (H+) bazei NaOH, kuri priima protoną.
Pavyzdiniai klausimai ir diskusijos
1 klausimas: Rūgščių ir bazių nustatymas
Klausimas:
Šiose reakcijose identifikuokite Bronstedo-Lowry rūgštis ir bazes:
\[ \text{NH}_3 + \text{H}_2 \text{O} \rightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
Diskusija:
Šioje reakcijoje reagentai yra amoniakas (NH3) ir vanduo (H2O), o produktai – amonio jonai (NH4+) ir hidroksido jonai (OH-). Pažiūrėkime, kurie iš jų veikia kaip rūgštis, o kurie – kaip bazė.
– NH3 veikia kaip bazė, nes priima protonus (H+) iš H2O ir sudaro NH4+.
– H₂O veikia kaip rūgštis, nes atiduoda protoną (H+) NH₃ ir sudaro OH-.
Taigi, šioje reakcijoje:
– NH3 yra Bronstedo-Lowry bazė.
– H₂O yra Bronstedo-Lowry rūgštis.
2 klausimas: Konjugacijos reakcijų rašymas
Klausimas:
Užrašykite konjuguotų rūgščių-bazių poras šioms reakcijoms:
\[ \text{HCl} + \text{H}_2 \text{O} \rightarrow \text{H}_3 \text{O}^+ + \text{Cl}^- \]
Diskusija:
Šioje reakcijoje HCl veikia kaip Bronstedo-Lowry rūgštis, atiduodama protoną (H+) H2O. Vanduo (H2O) priima protoną ir veikia kaip Bronstedo-Lowry bazė. Praradusi protoną, HCl virsta Cl-, o H2O, gavęs protoną, virsta H3O+.
– Rūgštis (HCl) ir jos konjunguotoji bazė (Cl-)
– Bazė (H₂O) ir jos konjunguotoji rūgštis (H₃O+)
Taigi, konjunguotos rūgščių-bazių poros sudėtis šioje reakcijoje yra:
– HCl / Cl-
– H₂O / H₃O+
3 klausimas: Silpnos rūgšties tirpalo pH apskaičiavimas
Klausimas:
Apskaičiuokite 0.1 M acto rūgšties (CH3COOH) tirpalo pH, jei žinoma, kad rūgšties disociacijos konstanta (Ka) yra 1.8 × 10⁻¹.
Diskusija:
Acto rūgštis yra silpna rūgštis, ir vandenyje ji jonizuojasi tik iš dalies pagal šią lygtį:
\[ \text{CH}_3 \text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3 \text{COO}^- + \text{H}^+ \]
PH apskaičiavimo žingsniai yra šie:
1. Nustatykite pusiausvyros išraišką naudodami pradinę koncentraciją ir koncentracijos pokytį:
[Ka = [CH_3COO^-][H^+]}{[CH_3COOH]]]
2. Įstatykite žinomas vertes ir išspręskite \([H^+]\):
\[1.8 × 10^{-5} = \frac{x^2}{0.1 – x} \]
Kadangi x yra labai mažas, palyginti su 0.1, galime apytiksliai apskaičiuoti (0.1 – x maždaug 0.1):
\[1.8 × 10^{-5} = \frac{x^2}{0.1} \]
\[x^2 = 1.8 \pakartota 10^{-6} \]
\[x = \sqrt{1.8 \x 10^{-6}} \]
\[ x \apytiksliai 1.34 \kartu 10^{-3} \]
3. Apskaičiuokite pH:
\[ \text{pH} = -\log[\text{H}^+] \]
\[ \text{pH} = -\log(1.34 × 10^{-3}) \]
\[ \text{pH} \apytiksliai 2.87 \]
Taigi, 0.1 M acto rūgšties tirpalo pH yra apie 2.87.
4 klausimas: Amfiprotinių tirpalų identifikavimas
Klausimas:
Šioje reakcijoje identifikuokite amfiprotinį tirpalą ir paaiškinkite, kodėl:
\[ \text{HCO}_3^- + \text{H}_2\text{O} \text{leftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3 + \text{OH}^- \]
Diskusija:
Amfiprotinis tirpalas yra tirpalas, kuris, priklausomai nuo reakcijos sąlygų, gali veikti kaip rūgštis arba bazė. Aukščiau pateiktoje reakcijos pavyzdyje:
– \(\text{HCO}_3^-\) veikia kaip bazė, kai priima protoną iš \(\text{H}_2\text{O}\) ir susidaro \(\text{H}_2\text{CO}_3\).
– \(\text{HCO}_3^-\) taip pat gali veikti kaip rūgštis kitomis sąlygomis, išskirdamas protoną ir susidarydamas \(\text{CO}_3^{2-}\).
Tai rodo, kad \(\text{HCO}_3^-\) jonas yra amfiprotinis. Jis gali veikti ir kaip rūgštis (protonų donoras), ir kaip bazė (protonų akceptorius), priklausomai nuo kitos medžiagos, su kuria reaguoja.
Remdamiesi šiais uždavinių pavyzdžiais, galime geriau suprasti, kaip Bronstedo-Lowry rūgščių-bazių teorija naudojama cheminėms sąveikoms analizuoti ir prognozuoti. Tvirtas šios teorijos supratimas yra daugelio pritaikymų chemijoje, biochemijoje ir kituose moksluose pagrindas.
