2.2 Teorie kyselin a zásad

Původní Arrheniova teorie kyselin a bází definovala kyseliny jako látky poskytující ve vodných roztocích ion H⁺ a báze jako látky poskytující hydroxidový ion OH^-.

Konkrétní příklady:

• HClO₄(aq) + H₂O(l) → ClO₄^-(aq) + H₃O⁺(aq)

• KOH(s) + H₂O(l) → K⁺(aq) + OH^-(aq) + H₂O (l)

Tuto teorii dále zobecnili fyzikální chemici J. N. Brønsted a T. M. Lowry (tzv. Brønsted-Lowryho teorie), podle kterých kyseliny a báze spolu reagují za vzniku konjugovaných kyselin a bází. Zapsáno rovnovážnou reakcí, kde HA je obecná kyselina (A … acid), B je báze, A^- je konjugovanou bází kyseliny HA, BH⁺ je konjugovanou kyselinou báze B:

HA + B ⇌ A^- + BH⁺

Konkrétní příklady:

• kyselina octová ve vodě: CH₃COOH(l) + H₂O(l) ⇌ CH₃COO⁻(aq)+ H₃O⁺(aq)

• kyselina fluorovodíková s roztokem hydroxidu alkalického kovu: HF(l) + OH^-(aq) → F^-(aq) + H₂O(l)

Zhruba v té samé době definoval G. N. Lewis ještě obecnější teorii tzv. Lewisových kyselin a bází. Tato teorie vychází z elektronové struktury valenční sféry atomů, molekul a iontů, kde Lewisova báze je schopna poskytovat elektronovou dvojici (elektronový pár) Lewisově kyselině, která je schopna takový pár přijmout. Tato Lewisova teorie mimo jiné vysvětluje i klasickou Brønsted-Lowryho teorii na základě elektronové struktury látek (dvojtečka zde znázorňuje elektronový pár):

HA + B: ⇌ A:⁻ + BH⁺       

Konkrétní příklady:

• H₂O (H⁺ – L.K.) + NH₃ (L.B.) ⇌ OH^- + NH₄⁺

• 2 HCl (H⁺ – L.K.) + N₂H₄ (L.B.) → 2 Cl^- + N₂H₆²⁺

Příklady ve vodě kysele se chovajících látek, které na první pohled nemusí připomínat běžnou kyselinu (ve skutečnosti se jedná o reakce Lewisovských kyselin BCl₃ a Fe³⁺):

• chlorid boritý: BCl₃(l) + 6 NaOH(aq) → Na₃BO₃(aq) + 3 NaCl(aq) + 3 H₂O(l)

• dusičnan železitý: Fe(NO₃)₃(aq) + 3 NaOH(aq) → Fe(OH)₃(s) + 3 NaNO₃(aq)

Příklady bazicky se chovajících látek, které na první pohled nepřipomínají běžnou bázi – hydroxid (ve skutečnosti se jedná o reakce Lewisových bází P^3- a C₂^2-):

• Na₃P(s) + 3 HCl(aq) → PH₃(g) + 3 NaCl(aq)

• CaC₂(s) + CO₂(g) + H₂O(l) → C₂H₂(g) + CaCO₃(s)

Pozn.: Lewisova teorie je také schopna s pomocí elektronových vzorců popsat podrobně mechanismy (substituční, adiční) takovýchto reakcí. Reakce z pohledu Lewisovy teorie ale nejsou předmětem tohoto kurzu.