Теория кислот и оснований. Общая!

       Хотите быстро, сразу и точно узнать и понять что такое "кислота", а что такое "основание"?  Химики не могли это сделать в течении тысячи лет. А я сейчас могу! 
       Для древних людей и химиков "кислота" - это то, что на вкус кислое... А "основание" - это то, что лишает такого качества кислоту.
       Сложилось  два методологических подхода. Как обычно.
       В первом подходе использовалась идея наличия в веществе "начала" или "качества": в кислоте есть "кислотное" или "основное"  начало. Самый распространённый приём объяснения всего. Всё просто.
       Второй подход: в веществах  есть структурные особенности, которые делают это  вещество кислотой или основанием.
       Сейчас мне всё стало очевидно!
       Понимание,  что есть "кислота", а  что  основание следует начать с осознания того, что в природе нет абстрактных, абсолютных и однозначных ни  "кислот", ни  "оснований" - любое вещество может быть тем или иным в зависимости от партнёра. Принцип относительности и здесь работает!
       У каждого вещества есть проявления, функции кислотности и основности. И в зависимости от партнёра, реагента любое  вещество может проявить себя как "кислота" или  как "основание".
       С позиций атомно-электронного понимания строения вещества "кислотность" - это возможность (стремление)  атомно-молекулярных  частиц  увеличить свой отрицательный заряд,  увеличить (принять)  электронную плотность на своих атомно-молекулярных орбиталях.
       А "основность" - это наоборот: уменьшение электроносодержания на доступных орбиталях.
       Есть два способа (механизма) это сделать то или это.
       Первый: присоединить (сместить) электрон (электронную пару, электронное облако) к себе от другой частицы, с которой взаимодействует рассматриваемое вещество или присоединить анион - отрицательно заряженный атом или группу атомов. Это реализация кислотной функции!
       Второй:  избавиться, отщепить от себя электрон или  анион - отдать анион (анионы) - отрицательно заряженную частицу -  или присоединить чужой катион. Все эти акты ведут к одному: понижению электроносодержания. Что и есть в "чистом" виде основность!   
       В обоих случаях  увеличивается или уменьшается отрицательный заряд (электроносодержание)  на  рассматриваемой атомно-молекулярной частице (молекуле, атоме) или изменяется плотность  положительного или отрицательного   заряда на её орбиталях - на её атомно-молекулярных орбиталях.  То есть в процессе взаимодействия на (в) частице возрастёт или уменьшается  плотность, концентрация  электронов в единице пространства. Это и есть, по сути "кислотность" или "основность".
       При таком подходе  "кислотность"  - это   стремление, возможность атомно-молекулярных частиц   овладеть, обладать  чужими электронами. Это стремление можно назвать и  "электроноакцепторностью".
       Кислота - это вещество, которое увеличивает  электроносодержание (плотность электронов)  на  своих атомно-молекулярных орбиталях в процессе реакции. Это акцепторы электронной плотности.
       Первый вариант - перераспределение электронной плотности между атомно-молекулярными  орбиталями реагирующих частиц -  сейчас называется  "кислотностью по Льюису", -  а второй способ - ионотропный - перенос катиона от частицы к частице называется  "кислотностью  по Усановичу".
       "Основность" - это процесс,  стремление  атомно-молекулярных частиц уменьшить свой отрицательный заряд, отдать, передать свои электроны   со  своих орбиталей или анионы на другие частицы - уменьшить электронную плотность, электороносодержание.  Электронодонорность. Основание - это всегда донор электронной плотности, отрицательного заряда.
       как уже говорилось выше, имеется  два способа это сделать: отдать электрон (электронную пару) другой частице (основность по Льюису) или избавиться от отрицательного заряда, отщепить от себя  анион (основность по Усановичу). 
       В обоих случаях происходит уменьшение электронной плотности на рассматриваемой атомно-молекулярной частице  или её элетроносодержание.
       Отдал анион или принял катион  - стал более положительно заряженной частицей - выполнил функцию основания.
       Принял анион  или отдал катион - стал более отрицательно заряженной частицей - выполнил функцию кислоты.
       Основание - это вещество, уменьшающее электроносодержание на своих атомно-молекулярных частицах.
       Кислота - это вещество, увеличивающее своё электроносодержание.
       Долгое время "кислотами" считали вещества,  от  которых могли отщепляться положительно заряженные  ионы  водорода. Рассматривался только ионотропный механизм реализации кислотности по катиону водорода.  Водородные теории.  Усанович обобщил такой подход на все катионы. Уничтожил культ протона!  Кислотность - это не только перенос протона, но и перенос любого катиона! 
       Водородные теории кислот - в которых единственным источником "кислотности" рассматривался процесс отщепления и передачи  иона водорода  - долгое время были единственными в химии кислот и оснований.  Теория Аррениуса-Оствальда, Бренстеда, теория Лоури...  И сейчас эти теории наиболее  применимы  в водной, протонной химии. Удобные теории, позволяющие  количественно оценивать "силу" кислот и оснований по величине константы равновесия в процессе диссоциации (обмене протоном  между веществами).
       На основе предлагаемого мною похода вполне можно количественно оценивать  "силу" кислот и оснований. По величине электронной плотности на атомно-молекулярных частицах. По способности или возможности изменения электронной плотности атомно-молекулярными частицами с химических реакциях.
       Усанович говорил об этом.
       Чем больше плотность положительного или отрицательного  заряда у потенциального  иона, находящегося в атомно-молекулярной частице, тем боле "сильные" кислотные или основные свойства она может проявлять. Диоксид кремния в реакции с оксидом кальция будет проявлять кислотные свойства потому, что кремний имеет степень окисления  +4, а кальций +2. Аммиак будет более сильным основанием чем вода. В аммиаке степень окисления азота равна -3, а в воде степень окисления кислорода -2. То есть, чем меньше размер иона  и больше его заряд - тем "сильнее" выражаются кислотные или основные свойства вещества. Если это катион - то кислотные. Если это анион - то основные.
       Ещё пример: у хлорида лития более сильно будет выражена кислотная функция, чем у хлорида натрия. Потому, что размер катиона лития меньше, чем размер катиона натрия.  Плотность положительного заряда на ионе лития выше чем у натрия. И поэтому этот ион в большей степени чем ион натрия  может оттягивать на себя электроны от других атомно-молекулярных частиц.  А хлорид кальция будет проявлять более сильные  кислотные функции, чем хлорид лития потому, что ион кальция имеет заряд +2. Плотность положительного заряда больше у этого иона.
       Хлорид алюминия более сильная кислота, чем хлорид кальция.  Положительный заряд (степень окисления) алюминия в этом соединении больше чем у кальция в хлориде кальция.
       В ряду типичных водородных кислот самыми "сильными" являются те, у которых больше величина положительного заряда центрального атома и меньше его размер. Аш хлор О четыре - хлорная кислота самая сильная минеральная кислота в третьем периоде химических элементов Менделеева. Хлор в этом соединении имеет степень окислени +7. Серная кислота слабее - степень окисления серы +6. Угольная кислота ещё слабее - степень окисления углерода в ней +4.
       Одна из самых сильных кислот (условное название Карборановая кислота) синтезированная в начале XXI века, имеет химическую формулу — H(CHB11Cl11). Карборановая часть молекулы имеет икосаэдрическую структуру. Она "сильна" потому, что легко расстаётся (диссоциирует) с протоном в водных растворах.
       "Сила" кислот обуславливается  величиной  плотности положительного заряда на атомах молекул и их способностью отдавать катионы в растворах или расплавах. Кислотность и основность веществ существенно зависит от химических свойств растворителя. Растворитель может способствовать или препятствовать ионообразованию  молекул вещества. 
       Самая "сильная" и абсолютная кислота - это свободный ион водорода Н(+): имеет самый маленький размер  положительно заряженной частицы. Максимум плотности положительного заряда на частице. И эта частица не способна, в принципе, отдать отрицательный заряд. Нет у неё электронов.  Потому и существует "культ" протона как основного источника кислотности.
       Сила оснований определяется   величиной   плотности  отрицательного заряда на частице, реализующей кислотно-основные свойства вещества.  Самым типичным и  "популярным" основанием выступает  ион ОН(-) (теория Аррениуса-Оствальда). Понятно, что ион О (-2) (в оксидах) будет более сильным основанием.
       Есть ещё концепция "жёстких" и "мягких" кислот и оснований. Там рассматривается "сила" (энергия) связи различных катионов и анионов между собой. Актуальна для химии комплексных соединений. Учитывается вид образуемой связи между атомами и используемые для этого орбитали. Удобная теория для практики: наиболее прочные соединения жёсткие-жёсткие или мягкие-мягкие.

       Рядом с Усановичем. http://proza.ru/2014/06/16/1657


Рецензии