Амфотеризм - Amphoterism

В химии амфотерное соединение - это молекула или ион, которые могут реагировать как как кислота, так и как основание . Что именно это может означать, зависит от того, какие определения кислот и оснований используются. Префикс слова «амфотерный» происходит от греческого префикса amphi, что означает «оба».

Один из типов амфотерных частиц - это амфипротические молекулы, которые могут отдавать или принимать протон (H + ). Вот что означает «амфотерный» в кислотно-основной теории Бренстеда – Лоури . Примеры включают аминокислоты и белки , которые имеют группы аминов и карбоновых кислот , и самоионизирующиеся соединения, такие как вода .

Оксиды металлов, которые реагируют как с кислотами, так и с основаниями с образованием солей и воды, известны как амфотерные оксиды. Многие металлы (например, цинк , олово , свинец , алюминий и бериллий ) образуют амфотерные оксиды или гидроксиды. Амфотеризм зависит от степени окисления оксида. Al 2 O 3 представляет собой пример амфотерного оксида. Амфотерные оксиды также включают оксид свинца (II) и оксид цинка (II) , среди многих других.

Амфолиты - это амфотерные молекулы, которые содержат как кислотные, так и основные группы и будут существовать в основном в виде цвиттерионов в определенном диапазоне pH . Значение pH, при котором средний заряд равен нулю, называется изоэлектрической точкой молекулы . Амфолиты используются для установления стабильного градиента pH для использования в изоэлектрической фокусировке .

Этимология

Амфотерные происходит от греческого слова amphoteroi ( ἀμφότεροι ) означает «как». Связанные слова в кислотно-основной химии - амфихроматические и амфихроичные , оба описывают такие вещества, как кислотно-основные индикаторы, которые дают один цвет при реакции с кислотой и другой цвет при реакции с основанием.

Амфипротические молекулы

Согласно теории кислот и оснований Бренстеда-Лоури : кислоты являются донорами протонов, а основания - акцепторами протонов. Амфипротическая молекула (или ион) может либо отдавать, либо принимать протон , действуя таким образом либо как кислота, либо как основание . Вода , аминокислоты , гидрокарбонат- ион (или бикарбонат-ион) HCO 3 - , дигидрофосфат- ион H 2 PO 4 - и гидросульфат- ион (или бисульфат-ион) HSO 4 - являются общими примерами амфипротических частиц. Поскольку они могут отдавать протон, все амфипротические вещества содержат атом водорода. Кроме того, поскольку они могут действовать как кислота или основание, они являются амфотерными.

Примеры

Типичным примером амфипротического вещества является ион гидрокарбоната, который может действовать как основание:

HCO 3 - + H 3 O + → H 2 CO 3 + H 2 O

или в виде кислоты:

HCO 3 - + OH - → CO 3 2- + H 2 O

Таким образом, он может эффективно принимать или отдавать протон.

Наиболее распространенным примером является вода, действующая как основание при взаимодействии с кислотой, такой как хлористый водород :

H 2 O + HCl → H 3 O + + Cl - ,

и действует как кислота при реакции с основанием, таким как аммиак :

Н 2 О + NH 3 → NH 4 + + ОН -

Некоторые амфипротонные соединения также являются амфипротонными растворителями, такими как вода, которая может действовать как кислота или основание в зависимости от присутствующего растворенного вещества.

Хотя амфипротический вид должен быть амфотерным, обратное неверно. Например, оксид металла ZnO не содержит водорода и не может отдавать протон. Вместо этого это кислота Льюиса, у которой атом Zn принимает электронную пару от основания OH - . Другие упомянутые выше оксиды и гидроксиды металлов также действуют как кислоты Льюиса, а не как кислоты Бренстеда.

Оксиды

Оксид цинка (ZnO) реагирует как с кислотами, так и с основаниями:

  • В кислоте: ZnO + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + H 2 O
  • В основе: ZnO + 2 NaOH + H 2 O → Na 2 [Zn (OH) 4 ]

Эта реакционная способность может использоваться для отделения различных катионов , таких как цинк (II), который растворяется в основании, от марганца (II), который не растворяется в основании.

Оксид свинца (PbO):

  • В кислоте: PbO + 2 HCl → PbCl 2 + H 2 O
  • В основе: PbO + 2 NaOH + H 2 O → Na 2 [Pb (OH) 4 ]

Оксид алюминия (Al 2 O 3 )

  • В кислоте: Al 2 O 3 + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2 O
  • В основе: Al 2 O 3 + 2 NaOH + 3 H 2 O → 2 Na [Al (OH) 4 ] (гидратированный алюминат натрия )

Оксид олова (SnO)

  • В кислоте: SnO + 2 HCl ⇌ SnCl 2 + H 2 O
  • В основе: SnO + 4 NaOH + H 2 O ⇌ Na 4 [Sn (OH) 6 ].

Некоторые другие элементы, образующие амфотерные оксиды, - это галлий , индий , скандий , титан , цирконий , ванадий , хром , железо , кобальт , медь , серебро , золото , германий , сурьма , висмут , бериллий и теллур .

Гидроксиды

Гидроксид алюминия также амфотерный:

  • В качестве основания (нейтрализуя кислоту): Al (OH) 3 + 3 HCl → AlCl 3 + 3 H 2 O
  • В качестве кислоты (нейтрализующей основание): Al (OH) 3 + NaOH → Na [Al (OH) 4 ].

Гидроксид бериллия

  • с кислотой: Be (OH) 2 + 2 HCl → BeCl 2 + 2 H 2 O
  • с основанием: Be (OH) 2 + 2 NaOH → Na 2 [Be (OH) 4 ].

Смотрите также

использованная литература