Kiseline i Baze. Elektronegativnost

Kiseline i baze imaju nekoliko definicija. Najpoznatija i ona koju vi verovatno znate je da su kiseline donori H⁺ jona a baze OH^- jona. Ali zašto kiseline doniraju baš H⁺ jone a baze OH^- jone? Razlog leži u jednoj od osobina elemenata a to je elektronegativnost.

Elektronegativnost

Elektronegativnost je jačina kojom supstanca privlači elektrone. To znači da ako imate vezu između dve supstance npr. neka supstanca XY elektroni koji sačinjavaju vezu će biti bliži supstanci koja ima veću elektronegativnost (veća vrednost elektronegativnosti i element jače privlači elektrone). Npr kod nekog jedinjenja opšte formule XY , X ima veću elektronegativnost pa bi veza između ta dva elementa trebala da izgleda u stvari ovako:

X∙∙  Y               umesto                X ∙∙ Y

X je naš elektronegativniji element, odnosno on jače privlači elektrone i zato je ova veza bliža elementu X. Koji su elementi jače a koji slabije elektronegativni? Nemetali imaju veću elektronegativnost dok metali imaju manju elektronegativnost. Što i treba da nam bude logično jer nemetali teže da prime elektrone kako bi dostigli konfiguraciju plemenitog gasa dok metali teže da otpuste elektrone kako bi dostigli konf plemenitog gasa. Od nemetala najveću elektronegativnost ima F pa O pa Cl pa N itd. Postoje tabele sa podacima na interenetu sa tačnim vrednostima i do njih nije teško doći.

Kiseline

Dakle kiseline doniraju proton, tj. H⁺ jon. Hajde sada kada smo razumeli šta je elektronegativnost da vidimo zašto kiseline doniraju H⁺ jone. Uzećemo prvo kiselinu HCl. Hlor je nemetal i ima veliku elektronegativnost i iznosti oko 3 dok je za vodonik manja i iznosi oko 2,2. To znači da je elektronski par između H-Cl bliži hloru i to izgleda kao što je prikazano na slici:

Gde je H zelene boje, Cl žute a crne tačke su elektroni, odnosno veza između dva atoma. Kako su elektroni bliži Cl a daleko od H, vodoniku je lako da napusti molekul i sada postane H⁺ jon jer je taj jedan elektron koji je imao ostavio hloru. Hlor je sada negativan jer je preuzeo jedan elektron od hlora. Isti slučaj je i za HF, HBr i HI kiseline.

U slučaju H₂SO₄ kiseline, molekul izgleda ovako:

Gde su atomi H prikazani plavom bojom, S zelenom, 4 O atoma crvenom i crnim taćkama elektroni. Ovde moramo da gledamo elektronegativnosti S, O i H. Za S je oko 2,6, kiseonik oko 3,4 i za H je oko 2,2. Dakle O je najelektronegativniji. On dakle uzima elektrone, tj najjače ih privlači, ali kako je vezan i za S i za H (govorimo o 2 atoma kiseonika koja se na slici nalaze ispod atoma S) on može da ih privlači i sa atoma S i sa atoma H. Ko će prvi da "popusti"? Prvi popušta atom H jer on ima manju elektronegativnost od S, odnosno kako on ima manju sposobnost privlačenja elektrona on se odvaja od od ovog molekula. To je za prvi H atom, drugi H atom se takođe odvaja od ovog sada jona (jer jedan H⁺ već napustio moelkul) ali teže. Razlog je jer sada imamo negativno naelektrisan jon, to negatinvo naelektrisanje delimično zadovoljava i taj kiseonik sa koga treba da odvojimo drugi H atom. Sumporna kiselina disosuje i daje i taj drugi H⁺ jon, ali sam samo želeo da napomenem da njega daje malo teže u odnosu na prvi H⁺ jon.

Ova pravila dalje važe za sve kiseline.

Napomena: Rekli smo da sumporna kiselina formule H₂SO₄ daje 2H⁺ jona, hlorovodonična HCl daje naravno 1 H⁺, fosforna formule H₃PO₄ daje 3 H+ jona. A koliko daje fosforasta kiselina formule H₃PO₃? Iako po formul iona ima 3 H atoma ona daje maksimalno 2 H⁺ jona, a razlog je sledeći. Taj treći H atom je vezan za P a ne za O. Kako P ima sličnu vrednost elektronegativnosti kao i vodonik, ne dolazi do pomeranja veze između ta dva elementa i fosforasta kiselina ne daje taj treći H⁺ jon.

Baze

Baze doniraju OH^- jon. Razlog je isti kao i kod kiselina. Ako smo to razumeli, razumećemo i za baze vrlo lako. Uzećemo npr bazu NaOH

Na je zelen, O crven i H plav. Elektroni su prikazani crnim tačkama. Kiseonik ima najveću vrednost elektronegativnosti i on privlači elektrone i od Na i od H. Ali, H ima veću elektronegativnost od skoro svih metala, tako da će kiseonik pre privući elektrone preko veze koju je ostvario sa Na nego sa H. Kada jednom natrijum napusti molekul Na⁺, vodonik neće napustiti sada jon OH^- jer je kiseonik zadovoljio svju "glad" za elektronima uzevši ih od Na. I zato baze daju OH^- jone. Ovo naravno važi za sve ostale baze Mg(OH)₂, KOH, Ca(OH)₂ itd.

I za kraj da naglasim, na svim slikama nacrtani su samo elektroni koji učestvuju u formiranju veza, ostale elektrone koji okružuju atome a ne učestvuju u vezama nisam crtao zbog preglednosti slika.