Номер 3, страница 175 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 5. Химические реакции в водных растворах. Параграф 25. Кислоты и основания с позиции разных представлений и теорий. Протолитическая теория - номер 3, страница 175.

Условие.

3. В чём сходство и различия представлений о кислотах и об основаниях в теориях Аррениуса и Брёнстеда—Лоури?

Решение.

Решение 2.

Теории Аррениуса и Брёнстеда–Лоури являются двумя фундаментальными концепциями для описания кислот и оснований. Теория Брёнстеда–Лоури является более общей и развивает идеи, заложенные Аррениусом.

Для начала рассмотрим определения в рамках каждой теории:

• Теория Аррениуса (теория электролитической диссоциации):

  • Кислоты – это вещества, которые при диссоциации в водном растворе образуют ионы водорода $H^+$. Например: $HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$.
  • Основания – это вещества, которые при диссоциации в водном растворе образуют гидроксид-ионы $OH^-$. Например: $NaOH \rightarrow Na^+ + OH^-$.

• Теория Брёнстеда–Лоури (протонная теория):

  • Кислоты – это частицы (молекулы или ионы), которые являются донорами протонов ($H^+$).
  • Основания – это частицы (молекулы или ионы), которые являются акцепторами протонов ($H^+$).

Сходство представлений

Основное сходство заключается в определении кислоты. Обе теории связывают кислотные свойства вещества с его способностью быть источником ионов водорода (протонов).

• Все кислоты по Аррениусу являются кислотами и по Брёнстеду–Лоури, так как вещество, диссоциирующее в воде с образованием $H^+$, фактически отдает этот протон молекуле воды, образуя ион гидроксония $H_3O^+$. Например, $HCl + H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + Cl^-$. В этой реакции $HCl$ является донором протона.
• Типичные основания по Аррениусу (гидроксиды, такие как $NaOH$, $KOH$) также проявляют основные свойства и в теории Брёнстеда–Лоури. Гидроксид-ион $OH^-$, образующийся при их диссоциации, является сильным акцептором протона: $OH^- + H^+ \rightarrow H_2O$.

Различия представлений

Различия между теориями более существенны и показывают, что теория Брёнстеда–Лоури является значительно более широкой концепцией.

• Определение основания: Это ключевое различие. По Аррениусу, основание должно содержать в своем составе гидроксильную группу $\text{OH}$. По Брёнстеду–Лоури, основанием является любое вещество, способное принять протон. Это значительно расширяет класс оснований. Например, аммиак ($NH_3$), амины, ионы $CO_3^{2-}$, $F^-$ являются основаниями Брёнстеда–Лоури ($NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$), но не являются основаниями по Аррениусу, так как не содержат группу $\text{OH}$ в своей формуле.
• Роль растворителя: Теория Аррениуса применима только к водным растворам, где вода рассматривается как инертная среда для диссоциации. Теория Брёнстеда–Лоури не ограничена водными растворами и показывает активную роль растворителя, который может выступать как кислотой, так и основанием (амфотерность). Например, вода выступает как основание в реакции с $HCl$ и как кислота в реакции с $NH_3$.
• Область применения: Теория Аррениуса ограничена реакциями в воде. Теория Брёнстеда–Лоури описывает кислотно-основные взаимодействия в любых растворителях, в газовой фазе и даже в твердом состоянии.
• Понятие сопряженных кислот и оснований: Теория Брёнстеда–Лоури вводит важное понятие сопряженных кислотно-основных пар. Когда кислота отдает протон, она превращается в сопряженное ей основание. Когда основание принимает протон, оно становится сопряженной кислотой. Например, в реакции $HNO_2 + H_2O \rightleftharpoons NO_2^- + H_3O^+$, $HNO_2$ (кислота) и $NO_2^-$ (сопряженное основание) образуют одну пару, а $H_2O$ (основание) и $H_3O^+$ (сопряженная кислота) — другую. В теории Аррениуса такого понятия нет.
• Природа реакции: Реакция нейтрализации по Аррениусу — это взаимодействие ионов $H^+$ и $OH^-$ с образованием воды. По Брёнстеду–Лоури, любая кислотно-основная реакция — это процесс передачи протона от кислоты к основанию.

Ответ: Сходство теорий Аррениуса и Брёнстеда–Лоури состоит в том, что кислоты в обеих теориях рассматриваются как источники протонов ($H^+$). Различия заключаются в том, что теория Брёнстеда–Лоури является более общей: она шире определяет понятие основания (любой акцептор протона, а не только источник $OH^-$), не ограничивается водными растворами, учитывает активную роль растворителя и вводит понятие сопряженных кислотно-основных пар. Таким образом, теория Аррениуса является частным случаем более универсальной теории Брёнстеда–Лоури.