Протолітична теорія кислот і підставзнаходиться на межі відразу двох наук - фізики і хімії. З її допомогою описуються властивості і природа всіх підстав і кислот. Вченими вони поділяються на два класи речовин, які взаємодіють один з одним.
Протолітична теорія кислот і підставдопомагає вирішити важливу задачу: передбачити, які продукти утворюються в результаті їх взаємодії і яким чином буде протікати ця реакція. Для цього експертами застосовуються кількісні і якісні особливості кислоти і підстави.
При цьому існує кілька теорій, якіпо-різному трактують, що таке кислоти і підстави. По-різному вони оцінюють і інші їх характеристики. В кінцевому рахунку від цього залежить, яким буде результат реакції.
Протолітична теорія кислот і підстав вкрайпопулярна, коли потрібно дізнатися, як вони взаємодіють в природі. Її широко застосовують у виробничій практиці та науковій сфері. Теоретичні знання про наслідки взаємодії підстав і кислот визначають формування концептуальних систем хімії, впливають на всілякі теоретичні концепції практично у всіх хімічних дисциплінах.
Протолітична теорія кислот і підставвідноситься до однієї з фундаментальних в хімії. Ключові поняття були вперше сформульовані вченими ще XVII столітті. При цьому їх зміст після цього багаторазово змінювалося і переглядалася.
Англійський хімік XVII століття Роберт Бойль вважав,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 запропонувавфранцузький аптекар Нікола Лемері. У 1675 році він випустив "Курс хімії", в якому детально розписав хімічні і фізичні властивості речовин виходячи з їх форми і структури. Лемері уявляв собі, що кислоти володіють гострими шипами, через які на шкірі виникають неприємні відчуття. Підстави він охрестив лугами, припускаючи, що їх будова пористе. В результаті утворюються нейтральні солі.
Уже в XVIII столітті інший французькийнатураліст 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 синильні кислоти. При цьому виявилася велика кількість кисневмісних сполук, які не володіли властивостями кислот.
Поняття про Протолітична теорії кислот іпідстав значно змінилося в XIX столітті. Хіміки стали вважати кислотами тільки ті речовини, які здатні взаємодіяти з металами і виділяти водень. До таких висновків дійшов німецький вчений Юстус фон Лібіх в 1839 році. Саме він вважається одним з основоположників агрохімії і органічної хімії.
Паралельно з ним шведський мінеролог Йенс ЯкобБерцеліус сформулював ідею про те, що до кислот варто відносити негативні неметалів, в той час як оксиди з позитивним зарядом є підставами. Це допомогло пояснити основні властивості кислот і підстав. Саме тому кислотність і основність швед розглядав як функціональне властивість з'єднань. Саме він вперше в світі зробив спробу передбачити кінцеву силу розглянутих нами речовин.
Основні положення Протолітична теорії кислоті підстав були сформульовані після виходу робіт ще одного шведського хіміка Сванте Август Арреніус. 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 іКраус обгрунтували теорію сольвосістем. Її стали застосовувати як до положень Арруніуса і Оствальда, так і по відношенню до всіх інших розчинників, які могли самодіссоцііроваться.
В наші дні Протолітична теорія кислот найбільшповно сформульована данцем Йоханнесом Николаусом Бренстедом і американцем Гилбертом Ньютоном Льюїсом, який також займався ядерною фізикою і термодинаміки.
Згідно водневої теорії Лібіха, кислота являє собою речовину, здатну на реакції з металами, в 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 тільки для прогнозування взаємодії речовин, що містять водень, з металами в розчинниках.
Розбираючись, в чому полягає Протолітичнатеорія кислот і підстав Аррениуса - 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 обгрунтувати поділ електролітів, а також було введено визначення водневого показника, який поширюється на лужні середовища. Також її використовують при гідролізі солей і підстав, що містять солі. Однак все рідше. Справа в тому, що для цього потрібні громіздкі обчислення. У той час як протонна теорія набагато простіше.
Протолітична теорія кислот і підставБренстеда - 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 їхніми уявленнями, кислоти - цемолекули 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. У чому ж суть?
Протолітична теорія кислот і підстав у хіміїзводиться до передачі протона від кислоти до основи. Причому в цей час кислота, втративши протона, сама перетворюється в основу. І може вже сама приєднати до себе новий протон. Підстава в цей час стає кислотою, формуючи протоновану частку.
Тому в будь-якій взаємодії розглянутихнами речовин беруть участь дві пари підстав і кислот. Бренстед називає їх сполученими. Це основні положення, які дозволяє сформулювати Протолітична теорія кислот і підстав. Протолітичні реакції при цьому протікають двояко, тому що будь-яка речовина, в залежності від умов, може бути і кислотою, і підставою.
Пізніше Бренстед розвинув теорію кислотно-основного каталізу, а Лоурі працював над оптичною активністю органічних сполук.
Теорія сольвосістем з'явилася при розвитку ідей,висунутих Арреніус 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 лежитьіонний розчинник. Він має здатність розпадатися на окремі іони при відсутності розчинника. В даному випадку на катіон і аніон. Перший при цьому є іоном літію, а другий - іоном Ліат. 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 реакційміж кислотами і підставами в будь-яких розчинниках. Також можливо управляти даними процесами за допомогою розчинника. Теорія докладно описує властивості речовин, що не містять кисень і водень.
У хімії є поняття "кислота Льюїса". Це іон або молекула, яка володіє вільними електронними орбиталями, 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 апротонного.
Максимально загальну теорію про кислотах і підставах в 1939 році сформулював радянський хімік Михайло Усанович.
В її основі лежать уявлення про те, що будь-якийвзаємодія між кислотою і підставою призведе до реакції солеутворення. Таким чином, кислота визначається як частка, відщеплюється від себе катіони, в тому числі і протони, а також приєднуються до себе замість них аніони і в першу чергу електрони.
У той же час підставою є частка,яка має здатність 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 будова їх електронної оболонки, а знак заряду їх частки.
При цьому в теорії Усанович є і недоліки.Головні з них - велика кількість узагальнень і нечіткі формулювання основних понять. До того ж ця теорія не дозволяє давати кількісних передбачення наслідків взаємодії кислот і підстав.
